Doppelte Z-Achse

Aus K8200 Wiki
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Einführung

Das wohl größte Problem des K8200, ist die nur einseitige Antriebsspindel der Z-Achse. Das gegenüberliegende Lager neigt zum Klemmen, bzw. der ganze Aufbau der Achse zum Schwingen. Weiterhin liegt die obere Sechkantmutter nicht immer plan auf einem genau waagerechtem oberen Kugellager auf. Das Ergebnis ist ein sogenanntes Wobbeln. Dies sind horizontale Streifen, die durch unterschiedliche Layerhöhen verursacht werden. Abhilfe schafft eine zweite Antriebsspindel auf der gegenüberliegenden Seite.
Bisher sind 3 Ansätze (mit 2.ter Z-Achse) realisiert worden, welche im folgenden beschrieben werden.
Andere Benutzer erzielen trotz einseitiger Z-Spindel gute Ergebnisse. Hierbei müssen nur einige Kleinigkeiten ausgetauscht werden.

Ansätze

Optimierte einseitige Spindel

Wird nur eine einseitige Spindel (M8-Gewindestange) verwendet, so sollte auf einige Dinge genau geachtet werden und zusätzlich ein paar Keinigkeiten, wie folgt ausgetauscht werden:
Zum einen sollte beim Aufbau eine verbogene Gewindestange erst gar nicht eingebaut werden. Als Alternative lässt sich eine Edelstahl-Gewindestange (gerades Exemplar aussuchen) in Kombination mit einer Messing-Mutter, die an der Achse mitläuft, gut verwenden. Die Messing-Mutter hat gegenüber einer verzinkten Mutter ein besseres Reibverhalten auf der Edelstahl- bzw. verzinkten Gewindestange. Einige Leute sprechen auch von einem Selbst-Schmier-Effekt.
Um Wobbeln durch unplan aufeinanderliegender Mutter (oben) und Kugellager zu minimieren kann man lange Muttern (Verbindungsmuttern) verwenden. Manchmal sind auch Edelstahl-Muttern von besserer Qualität als verzinkte Muttern.
Unbedingt sollte der Motorhalter gegen einen Festeren ersetzt werden, wie er z.B. auf Thingiverse.com zu finden ist, sowie der Austausch der Motorkupplung gegen ein flexibles Modell stattfinden. Wichtig ist hierbei, dass die Flexkupplung weder auf Zug, noch auf Druck belastet ist und die Welle des Steppermotors die Gewindestange in der Kupplung nicht berührt (Freiraum in der Kupplung). Die Gewindestange und Z-Achse hängt dann am oberen Kugellager. Diese Massnahme dürfte die Lebensdauer des Steppermoters ganz nebenbei verlängern, da dessen Axialbelastbarkeit nicht für die Aufnahme der gesamten Z-Achse ausgelegt ist. Durch den Austausch des Motorhalters ergibt sich auch eine bessere Befestigungsmöglichkeit für den Endschalter der Z-Achse.

Zweite Spindel mit extra Stepper

Statt auf komplizierte Konstruktionen mit Zahnriemen zurückgreifen zu müssen, besteht auch die Möglichkeit, den K8200 mit einem zweiten Z-Motor auszustatten.
Vorteil: Sofern beide Motoren parallel arbeiten, besteht keine Möglichkeit eines Schrittverlust und es existiert kein Riemen der durchrutschen kann, wie es bei anderen Lösungen der Fall ist. Weiterhin ist die Konstruktion wesentlich schlanker und einfacer zu montieren.
Nachteil: Fällt einer der Motoren aus, arbeitet der andere dennoch weiter - so kann es zu Schäden am Drucker kommen, dies kann jedoch auch bei einem durchrutschenden Riemen auftreten.

Benötigt werden:
- Baugleicher Motor zum vorhandenen K8200 Steppermotor (beispielsweise: http://www.amazon.de/Schrittmotor-Stepper-42BYGHW811-4800g-cm-Drucker/dp/B00K557RBA)
- Motorhalterung (beispielsweise http://www.thingiverse.com/thing:144813/#files)
- Flexible Motorkupplung (beispielsweise: http://www.amazon.de/Koolertron-Wellenkupplung-Aluminium-professionelle-3D-Drucker/dp/B00ESBKBOC)
- Halterung der Spindel (beispielsweise der bearing_holder inkl. Lager aus http://www.thingiverse.com/thing:327966)
- Fixierung der Spindel mit dem Extruderarm (beispielsweise bracket_right und bracket_left aus http://www.thingiverse.com/thing:327966)
- entsprechende Spindel (muss baugleich zur bereits vorhandenen sein, oder Alternativ beide gegen eine Trapezgewindespindel inkl. Mutter austauschen)

Zuerst muss somit die Motorhalterung am Rahmen fixiert werden und der Motor verbaut werden. Der Motor kann dabei parallel zum bestehenden Z-Motor (also gleiche Farbe auf fleiche Farbe geklemmt) an den vorhandenen Z-Motor-Treiber des K8200 angeschlossen werden.
Dazu sollte dieser Stepper jedoch in jedem Fall aktiv gekühlt werden!
Im Bedarfsfall kann dazu später der Stepperstrom etwas erhöht werden - dies ist jedoch nicht zwangsläufig nötig.
Nachdem somit der Motor fixiert ist, kann die Spindel inkl. der Motorkupplung angebracht werden und durch die Halterung oben fixiert werden.

Zweite Spindel mit Zahnriementransmission zur Ersten


ZAchse Riemenantrieb1.jpg

Es wird eine zweite Spindel parallel zur linken auf der rechten Seite verbaut, die den Arm stützt und dadurch ein "Freischwingen" verhindert.
Die rechte Führungswelle wird hier durch ein Spindelantrieb ausgetauscht. Wichtig zu beachten ist, dass die Spindel der selben Bauart ist wie auf der linken Seite. Bei dem gezeigten Bildern ist dies eine TR8x1,5re DIN103 Spindel die die originale M8 Gewindestange ersetzt. (Geht aber auch mit dem Original).
Die Umdrehung auf der linken Seite wird z.B. mit einen T5-Zahnriemen zur rechten Seite übertragen. Dazwischen sind zwei Umlenkrollen, die den Riemen spannen.

Zeichnung einfacher Z Riemenantrieb

Die zwei Wellenhalterbuchsen auf der rechten Seite werden durch kugellagerbesetzte Halterungen ersetzt, wodurch die neue Spindel sich frei drehen kann. Es wird ein geschlossener T5-Riemen mit 1075 mm Länge benötigt. Wer nicht an Druckhöhe verlieren will, kann wie auf den Fotos zu sehen die unteren Winkelhalterungen der oberen Querstrebe weglassen. Die Stabilität wird dadurch so gut wie gar nicht beeinträchtigt. Das Spannen des Riemens erfolgt ganz zum Schluss und unbedingt vorher auf synchrone horizontale Ausrichtung des Arms (manuell die rechte Spindel drehen) achten. Nach dem Umbau sollte auf jeden Fall ein Höhencheck erfolgen um das geänderte max. Z-Maß der Software mitzuteilen. (In meinem Fall ist die Druckhöhe um 4 mm reduziert)
Links:
Weitere Details sind auch zu finden im deutschen Bereich des RepRap-Forums unter "Baubericht K8200" http://forums.reprap.org
Alle zu druckenden Dateien können unter folgendem Link heruntergeladen werden.



Materialbedarf
Spindel 2 (rechts-neu):
400 mm Trapezgewindespindel TR8x1,5re DIN103 (oder M8 Gewinde, je nachdem was links ist !!!)
3x M3x10 Schraube inkl. Mutter (Riemenscheiben)
2x M5x10 Schraube inkl. Mutter (Halterung oben und unten)
2x 608 Kugellager, 8mm Innen, 22mm Aussen (Halterung oben und unten)
2x M8 Beilagscheibe (Halterung oben und unten)
1x M3x10 Schraube inkl. Mutter (Begrenzer unten)

Spindel 1:
3x M3x10 Schraube inkl. Mutter (Riemenscheiben)

Riemenspanner :
2x 608 Kugellager, 8mm Innen, 22mm Aussen (Umlenkrollen)
2x M8x30 Schraube (Umlenkrollen)
4x M8 Mutter (Umlenkrollen)
8x M8 Beilagscheibe
1x T5 Riemen, geschlossen 1075mm Länge, 6mm breit

Z-Armführung :
1x Trapezgewindemutter TR8x1,5re 6Kant SW17x15 (oder M8 Mutter, je nachdem was links ist !!!)
2x M3x10 Schraube inkl. Mutter (Trapezmutterhalterung)
2x M5x10 Schraube inkl. Mutter


Seilzug zur Übertragung der Z-Bewegung ohne zweite Spindel

Andere Ansätze gegen Z-Wobbeln

Diese Lösung setzt ebenfalls auf eine zweite Spindel OHNE zusätzlichen Steppermotor.
Anders als die vorher vorgestellte Lösung setzt sie jedoch auf einen Riemen ohne Umlenkrollen.
Sofern der richtige Riemen gewählt wird ist dies kein Problem - es lässt sich jedoch ohne die vorhandene Umlenkrolle keine Spannung oder dergleichen Aufbauen, was dazu führt, das sowohl die Zahnräder, als auch die Zahnriemen 100%-exakt aufeinander abgestimmt sein müssen, da es sonst zu einem Durchrutschen des Riemens kommen kann.

Benötigt werden:
1 X original T5 belt
3 X 608 Kugellager 22x8x7
2 X Trapezspindeln TR8 X 1,5
1 X flexible Kupplung 5mm/8mm
2X M8 Plastikmuttern
Schrauben, Muttern etc.

Eine genaue Anleitung zu diesem Modell ist unter http://www.thingiverse.com/thing:327966 zu finden.