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Da die Heizmatte fürs Heizbett doch jede Menge Power hat, und nur durch den Thermistor geregelt wird, hab ich gedacht ich füge noch eine Temperatursicherung hinzu, dann wird die Platte wenn irgendetwas gewaltig schief geht nicht super heiß.

thermosicherungDie Sicherung ist für 150°C ausgelegt, so heiß sollte das Heizbett in Normallfall ja nicht werden, wenn doch wird die Sicherung nichleitend und damit bekommt das Hauptrelais für meinen Drucker keinen Strom mehr und die Maschine geht aus. Da die Temperatursicherung irreversibel ihren Zustand wechselt, besteht auch keine Gefahr das die Maschine wieder anläuft.

Alternativ zu meiner 2A Thermosicherung gibt es auch welche mit bis zu 10A so das man im Prinzip direkt darüber den Heizbettstrom schalten könnte.

Das Bauteil wurde anschließend einfach mit etwas Wärmeleitpaste und Kaptontape auf die Heizmatte aufgeklebt.

thermosicherung auf heizmatteBeim einschrumpfen sollte man nur darauf achten das man die Thermosicherung nicht zu warm wird. Ich habe mich hier für eine nicht so dauerhafte Lösung entschieden damit ich die Thermosicherung wechseln kann, falls notwendig. Mit Wärmeleitkleber wäre das nur mit einem Meissel möglich.

So ergibt das mit geringen Materialkosten doch nochmal ein Stück mehr Sicherheit.

Nach nun ein paar Wochen, ohne den 3D Drucker zu nutzen, habe ich gestern den 3D Drucker wieder in Betrieb genommen und mir leider dabei den Induktiven Näherungsschalter geschrottet. Der Fehler saß, wie so häufig, vor der Maschine, da ich vor Wochen den Enstop mal abgestöpselt, und dann doch glatt vergessen hatte ihn wieder anzuschließen.

Das Resultat des ganzen sah dann so aus:

kaputtDa ist nicht mehr viel zu retten, immerhin hat die Dauerdruckplatte nix abbekommen. Also habe ich die Gelegenheit genutzt mal zu schauen was in dem kleinen Kerl den so drin ist.

Um an das Innenleben heranzukommen wurde das Metallkorsett mit leichter Gewalt heruntergeschält, erinnert mich an Krabben pulen, jede Menge gefidel für wenig Inhalt ;).

metallIm Innern versteckt sich eine kleine Platine mit einigen wenigen Komponenten.

bottomtopIn der blauen Kappe befindet sich dann noch eine Spule auf einem Ferritkern, welcher aber durch den Crash und durch meinen Versuch ihn weiter zu öffnen doch stark mitgenommen ist:

baluDie gesammte Schaltung ist komplett in Analogtechnik, da werkelt mal zur Abwechselung noch kein µProzessor drin.

Funktionsweise

Die Spule ist mit einem Kondensator auf der Platine verbunden und bildet einen Schwingkreis, der in dem Fall mit 500Hz, angeregt wird. Ist nun kein Objekt vor der Spule schwingt der Schwingkreis in Resonanz, das führ zu einer Spannungsüberhöhung in dem Schwingkreis und somit zu einer großen Amplitude.

Verändert man nun in irgendeinerweise den Schwingkreis, zum Beispiel eben in dem man ein Metall nahe an die Spule bringt, verändert sich die Induktivität der Spule. Der Schwingkreis wird nun zwar weiter mit 500Hz angeregt, jedoch hat sich die Resonanzfrequenz, durch die veränderte Induktivität der Spule, sich verschoben. Da die Resonanzfrequenz nun nicht mehr bei 500Hz liegt, kommt es nicht mehr zu einer Spannungsüberhöhung, und damit auch nur zu einer relativ geringen Amplitude im Schwingkreis.

Diese Amplitudenspannung wird über eine Diode gleichgerichtet und anschliesend auf einen diskret, in Form von zwei Transistoren, aufgebauten Schmitt-Trigger gegeben. (Gelegentlich findet man auch das Prinzip das man den Stromfluss im Schwingkreis überwacht). Dieser schaltet ab dem unterschreiten einer bestimmten Spannung den Ausgangs PNP-Transistor ein. Damit leuchtet dann die Kontroll Led und man hat sein Endstop Signal.

Ich werde mit wohl einen neun Endstop kaufen müssen, was mir dann auch die Gelegenheit bietet die Halterung für den Endstop zu überarbeiten, das verbogene Stück Metall kann ja nicht die Ideallösung sein.

Da Autoleveling das ganze Druckbett nivellieren unnötig (jedenfalls zu Teilen) macht und mittlerweile dutzende von Anleitungen im Web existieren, hatte ich mich auch mal daran gemacht das einzubauen.

Ich nutze dabei aus, das die Dauerdruckplatte aus Metall besteht und ich sie damit bequem berührungslos abtasten kann. Ein Induktiver Näherungssensor erledigt das dann ohne Servo oder anders geartete Mechanik.

An den X-Carriage wurde ein Stück Lochband angeschraubt, welches den Sensor trägt. Das ist erstmal eine Übergangslösung (auch wenn ich schon einen Monat damit drucke), stilgerecht muss da ein Stück gedrucktes Plastik hin.

hookDas Stück Lochband passt perfekt zwischen die Haltern von dem Zahnriemen.

hook_carrigeDas bisschen Elektonik, das für den Induktiven Näherungssensor notwenig ist kam auf ein Stück Restplatine und wurde mit Heiskleber vergossen, so das da keine Kurzschlussgefahr herrscht wenn ich das einfach lose zu Ramps dazu lege.

opto_platineDamit lässt sich der Sensor nun genau so anschliesen wie ein normaler Endstop.

Extruder und Induktiver Näherungssensor zusammen eingebaut, sieht das dann so aus:

P1060778Die Muttern vom Näherunsgschalter muss man unbedingt mit Schraubensicherung sichern, selbst wenn man die maximal anzieht, nach einigen Stunden hat sich da alles losvibriert und damit ist dann die ganze schöne Kalibierung hinfällig

Softwaretechnisch geht das im Prinzip genau so wie bei allen anderen, nur das man den Teil mit dem Servo aktivieren und einstellen übersprigen kann. Eine schöne Video Anleitung gib es hier, bzw. eine in Textform.

Beim Drucken schwebt der Näherungssensor dann einfach etwas über dem Druck.

schwebe

Wenn der neue Extruder einfach nicht richtig Drucken will, und man die Temperatur übertrieben hoch einstellen muss, damit es funktioniert, sollte man mal die „echte“ Temperatur messen.

Repetierhost: Saubere 240°C über schon einige Minuten

P1060774Mit einem ordentlichem Typ K Temperaturfühler mal an der Düse nachgemessen:

tempDas sind 16°C Temperaturdifferenz, kein Wunder das bei 215°C im Repetierhost sich das ABS nicht ordentlich schmelzen lies, und ich erstmal die Temperatur hochschrauben musste.

Gibt es den in Marlin eine Option für einen Temperatur Offset?

Spannungsteilermodifizierung

Ich habe Spaßeshalber mal einen der 4k7 Widerstände am Spannungsteiler des NTCs durch einen 1k Widerstand ersetzt, die Firmeware geändert, und schon zeigt Repetierhost 231°C an. Die doppelte Auflösung macht sich also bemerkbar.

Das ist schon deutlich näher dran, und bleibt auch näher am gemessenem Ergebniss dran wenn ich andere Temperaturwerte probiere. Der 1k Widerstand bleibt also drin, und weil ich grade schon dabei war kurz mal die Spannung am Spannungsteiler nachgemessen, etwas rumgerechnet und mit der Tabelle (thermistortables.h) für die Temperaturen im Marlin verglichen. Resultat, jupp die Spannung die ich messen kann passt ganz gut zu der Tabelle und damit zu den angezeigten Temperaturen.

Für den Fall das, das jemand nachmachen möchte:

Extruder auf eine bestimmte Temperatur aufheizen, dann schnell den Thermistor für den Extruder auf Ramps abziehen und den Widerstand messen. Marlin wird dann zwar eine Fehlermeldung ausspucken und den Heizvorgang abbrechen, aber man hat ja den Widerstandswert dann ja schon bestimmt.

Bei 200°C sind das bei mir 561 Ohm.

Anschließen mal in Datenblatt zum Thermistor nachgucken. Bei mir ein 100k EPCOS, für 200°C sollte der nominale Widerstand 557,6 Ohm sein. Das passt also hervoragend und liegt noch prima in dem 1% Toleranzbereich. Der Thermistor ist also Gut.

Danach einfach mal die Spannung am Spannunsgteiler messen, das sind bei 200°C bei mir 3,2V.

Den Wert den der ADC daraus macht errechnet sich dann mit:

adc_wertDie 5V im Zähler des Bruches, sorgen dafür das man direkt den ADC Wert für die thermistortables bekommt, mit denen Marlin rechnet. Marlin rechnet bei einem ADC-Wert von 0 mit der maximalen Temperatur und bei 1023 mit der mininmal Temperatur.

Das ergibt dann bei mir einen Wert von ungefähr 368. Ein Blick in die thermistortables zeigt dann:

THERMISTORHEATER_0 == 51

{366*OVERSAMPLENR, 200},

Marlin rechnet also mit einem ADC Wert von 366 für 200°C, passt also ganz gut. Wenn die Werte nicht gut zusammenpassen einfach die Thermistortabelle auswählen die am besten passt.

Folglich ist sowohl Marlin, als auch der Thermistor korrekt, ich verliere einfach auf dem Weg zur Düse etwas Wärme. Also entweder isolieren oder die Temperatur unter Berücksichtigung des Offsets höher drehen.

Für das Heizbett wollte ich eine Wärmequelle mit ordentlich Leistung, aber ohne dabei auf 230V Systeme zurückgreifen zu müssen. Die häufig verwendeten MK Heizbetten haben mir da zu wenig Power und zu große Toleranzen. Deshalb hatte ich ursprünglich direkt schon eine Kaptonheizfolie verwendet. Leider hatte diese eine kleine Beschädigung, was dazu geführt hat das die Heizschleife, an einem Punkt korrodiern konnte, bis sie komplett ausgefallen ist. Bis dahin hatte sie mir aber gute Dienste geleistet und Aufheizzeiten von unter 5 Minuten beschert.

Als Übergangslösung kam eine Heizfolie aus einem Terrarium zu Einstatz. Leider völlig unterdimensioniert (40W), nur für 12V und nicht für 24V ausgelegt und eiegtlich nur Temperaturfest bis 80°C. Mit 24V betrieben hat die Matte hat sich die Leistung dann fast vervierfacht, und auch die benötigten 110°C wurden erreicht allerdings hat die Matte darunter doch etwas gelitten. 😉

Als endgültiger Ersatz kommt wieder eine Kaptonheizfolie zum Einsatz. Diese stammt diesesmal von Axel.

24V Kaptonheizmatte

Das hier ist die 24V Version mit einer Nennleistung von 205W bei einer Größe von 205 x 205mm.

heitmatteDarauf sitzt direkt ein 100k Thermistor. Sowohl der Thermistor als auch die Stromkabel sind ordentlich verklebt, so das da nix wackeln sollte. (Das war der Fehler der meine alte Matte zerstört hat.)

ISoDie Kabel für den Thermistor, so wie die Stromkabel sind 50cm lang und am Ende ist die Isolierung sogar schon leicht eingeschnitte, so das man nicht einmal mehr eine Zange brauch um 1cm Kabel abzuisoliern. Damit sich da nichts verheddern kann sind alle vier Kabel schön in einem Schrumpfschlauch zusammengefasst, den man natürlich bei Bedarf auch wieder aufscheiden könnte.

kabel50cm lange Kabel sind für mein Setup etwas zu kurz, aber diese zu Verlängern ist ja nicht schwer.

Auf der Rückseite sitzt bewährter M3 Kleber, so das man die Heizmatte wunderbar auf die Druckplatte kleben kann. Der Kleber ist laut Axel bis 150°C Termperaturfest, das Kapton bis 250°C

Zum Thema Leistung, die 24V Variante nimmt bei 24,2V 8,87A auf was ca. 215 Watt entsprechen. Damit befindet sich sich noch im 5% Toleranzbereich, und bei mehr Leistung kann man eh nicht klagen, so fern das Netzteil genug Leistung bringt. Damit bringt die Heizmatte es auf über 0,5W pro cm², damit liegt die Aufheizzeit für meine 215x215x3mm Aludauerdruckplatte von 15°C auf 115°C bei unter 3! Minuten. Dabei ist die Dauerdruckplatte nur nach unten hin mit Baumwolle isoliert.

12V Variante

12V VarDie 12V Variante hat eine Nennleistung von 160W bei 200x200mm Größe. Am Labornetzteil mit 12,05V zieht die Matte 13,48A und kommt damit auf eine Leistung von 162W, was eine ziemliche Punktlandung ist. Mit 0,4W pro cm² muss auch die 12V Variante sich nicht verstecken, bei ordentlicher Isolierung, sollten auch hier sehr schnelle Aufheizzeiten drin sein. Eine Zeitmessung gibts hier nicht, da diese Matte bei mir nicht für den Einsatz am 3D Drucker vorhergesehen ist, und wenn die einmal ordentlich festklebt ist, sich nur schwer wieder entfernen lässt.

Als neuen Endstop für die Z-Achse kommt ein Induktiver Näherungsschalter zum Einsatz.

ind_stopDieser besteht primär aus drei Funktionseinheiten: einem Schwingkreis mit Oszillator, einer Auswerteinheit und einer Ausgangsstufe. Die Ausgangstufe ist in meinem Fall eine PNP Ausführung mit Status LED.

Kurz zur Funktionsweise

Nähert sich der Näherungsschalter einem Objekt aus Metall nimmt die Amplitude der Schwingung ab, da dem Schwingkreis Energie entzogen wird, das wird von der Auswerteinheit registriert und die Ausgangsstufe schaltet um.

Folglich muss der Näherungssensor das metallene Objekt nicht berühren, der Schaltabstand liegt bei 2-5mm je nach Modell und Metall. Bei Alu wie bei mir ist der Schaltabstand ehr auf der niedrigen Seite bei Stahl am größten.

Großer Vorteil an der Sache

  • super Präzise, die Wiederholgenauigkeit ist kleiner als 0,01mm also viel besser als bei dem klassischem Schalter.
  • Staub und andere Nichtmetallischer Dreck ignoriert der Sensor, also keine falschen Messungen durch Dreck auf der Messstelle (bei mir öfters mal Holzspäne).
  • da komplett versiegelt unempfindlich gegenüber Staub, Ölen und Co. (Spielt bei CNC-Maschinen wohl ehr eine Rolle).

Nachteil

  • funktioniert logischerweise nur bei Metallen.
  • brauchen in der Regel eine Betriebsspannung größer als 5V, und die Ausgangsstufe liefert auch kein Logik Signal das man direkt auf Ramps geben könnte, da brauch man noch ein paar zusätzliche Komponenten.
  • schaltet langsamer als ein mechanischer Schalter, aber auch für den Drucker vernachlässigbar (200ns), mit den zusätzlichen Komponenten dauerts dann bis das Signal auf Ramps ist noch etwas länger also bei mir 4µs.

Zusätzliche Beschaltung

Speziell bei PNP Endstufen lässt man diese gerne ein Relais schalten was dann den echten Kontakt schaltet. Da ich aber grade kein passendes Relais zu Hand hatte und noch einen kleinen Optokoppler optoim Fundus hatte übernimmt der die Aufgabe mir ein Ramps kompatibles Signal zu erzeugen.

SceminSchwups zusammengelötet und schon gibt das ein sauberes Signal, wenn der Endstop aktiv ist liegen am Ausgang 0V an, bzw. der Ausgang wird auf Masse gezogen. Ansonsten liegen 5V an, das Signal kann also direkt auf Ramps gegeben werden. Zugegeben ein einfacher Transistor hätte es auch getan, so ist Ausgang halt noch zusätzlich besser gegen Überspannung geschützt.

Als vorbereitende Maßnahme für das neue Heizbett wurde der Mosfet von Ramps externalisiert.

mosfet altHaupsächlich um nicht mehr auf die kleinen Schraubklemmem angewiesen zu sein da 2,5mm² Kabel dafür zu viel sind, aber auch um die Leiterbahnen auf Ramps zu entlasten und dem Mosfet einen kleinen Kühlkörper zu verpassen. Der ist zwar nicht unbedingt notwenig, aber Schaden tut es auch nicht und lässt Spielraum nach oben.

Laut Schaltplan ist das Q3, also raus mit dem Mosfet und die Kabel direkt an den Mosfet angelötet. Damit setzt man zwar die zu Q3 dazugehörige Status LED und auch den Pulldown Widerstand Schachmatt, aber die Status LED kann man mit einer externen LED ersetzen, wenn man sie den braucht. Verbindet man dann noch beide Minuspole auf Ramps ist auch der Pulldown Widerstand wieder mit drin.

mosfet

Kleiner Kühlkörper angeschraubt und dann noch im Luftstom plaziert bleibt der Mosfet schön kühl.

Verbunden wird das dann per 4mm Buchsen und Stecker mit dem Heizbett, die sind für bis zu 30A ausgelegt so das da auch für die Zukunft Luft nach oben ist.