De afgelopen tijd heb ik vooral onderdelen verzameld, donorprinters uit elkaar gehaald, gemeten en heel veel verschillende constructies bekeken. Inmiddels is het punt bereikt waarop ik niet meer simpelweg een bestaande printer aan het verbouwen ben. Het wordt gewoon een compleet nieuwe machine waarbij de bruikbare onderdelen uit de donors als uitgangspunt dienen.
Het doel is daarbij ook wat scherper geworden. Ik wil niet simpelweg een grote 3D-printer bouwen. Hij moet groot zijn, maar vooral ook dingen kunnen die ik bij mijn huidige printers mis: een serieus verwarmde kamer, meerdere onafhankelijke toolheads, zo min mogelijk purge-afval en een constructie die later nog aangepast kan worden zonder de halve machine opnieuw te bouwen.
De huidige ontwerpdoelen zijn daarom behoorlijk ambitieus geworden.
Het frame: 1200 × 700 mm en volledig 2040
De basis wordt een frame van 1200 mm breed en 700 mm diep. De huidige doelhoogte ligt rond 1050 mm, maar die maat beschouw ik nog niet als heilig. De bruikbare Z-hoogte en vooral de ruimte voor kabels en PTFE boven de bewegende delen gaan uiteindelijk bepalen waar we exact uitkomen.
Een belangrijke wijziging ten opzichte van mijn eerste tekeningen is dat het dragende frame volledig uit 2040 aluminiumprofiel wordt opgebouwd.
Daarmee wordt het hoofdframe een stuk stijver dan de eerste combinatie van 2020 en 2040 die ik in gedachten had. Inmiddels heb ik ook 5 nieuwe lengtes 2040 van 1200 mm besteld om de bestaande donorprofielen aan te vullen.
De buitenbreedte van 1200 mm geeft met de 20 mm brede zijprofielen een vrije binnenbreedte van ongeveer:
1200 − 20 − 20 = 1160 mm
Dat wordt een belangrijke referentiemaat voor de volledige XY-constructie.
De verbindingen wil ik zo veel mogelijk netjes en mechanisch logisch uitvoeren. Waar mogelijk worden de kernen van de profielen getapt op M6×1.0 en gebruik ik directe profielverbindingen. Daarnaast komen er geprinte hoekverstevigingen die over de volledige hoogte/breedte van de profielen kunnen lopen.
Die prints zijn vooral bedoeld voor uitlijning, extra ondersteuning en afwerking. Waar een verbinding echt constructief belangrijk is, vertrouw ik niet uitsluitend op een stuk kunststof. Metaal en de profielen zelf blijven daar de hoofdconstructie.
Voor de definitieve delen in de verwarmde kamer ligt ASA voor de hand. PETG is prima om tijdens de bouw goedkope pas- en uitlijnstukken te maken, maar bij een kamer die richting 90 °C moet kunnen is PETG niet het materiaal waarop ik structureel wil vertrouwen.
Een printbed van 1020 × 510 mm
Het printbed wordt opgebouwd uit twee bestaande aluminium platen van:
510 × 510 × 8 mm EN AW-5083
Deze komen naast elkaar te liggen, waardoor het totale bed ongeveer:
1020 × 510 mm
wordt.
Ik heb drie van deze platen, dus er blijft bovendien één complete plaat als reserve beschikbaar. Uiteraard als iemand interesse heeft, gewoon contact opnemen, iedere euro kan bijdragen aan dit project.
Iedere plaat heeft al vier verzonken M5-bevestigingspunten. Die bestaande bevestigingen worden gebruikt voor de montage op de bedcarrier.
De twee platen krijgen ieder vier voorgespannen bevestigingspunten met veren: in totaal dus acht M5-punten. De veren zijn niet bedoeld om de aluminium platen recht te trekken. De onderliggende carrier moet zelf al stijf en vlak zijn; de bevestigingen geven ruimte voor montage, afstelling en de thermische beweging van zo’n groot bed.
Qua temperatuur blijft het doel ongeveer 120 °C bedtemperatuur. Dat hoeft bij ruim een halve vierkante meter verwarmd bed niet binnen vijf minuten bereikt te worden. Gecontroleerd en betrouwbaar verwarmen vind ik hier belangrijker dan een absurd hoog aansluitvermogen.
De kamer: serieus verwarmd
Dit wordt geen printer waarbij een fabrikant een gesloten plastic kap een “heated chamber” noemt omdat het binnen toevallig 45 °C wordt.
Mijn doel blijft ongeveer 90 °C kamertemperatuur continu, ook gedurende prints van meerdere uren.
Dat heeft behoorlijk veel invloed op het ontwerp. Elektronica hoort daar bijvoorbeeld niet middenin te zitten. Controllers, voedingen en andere temperatuurgevoelige componenten worden daarom thermisch van de printkamer gescheiden.
Voor de panelen kijk ik vooral naar compact HPL. Dat is mechanisch en thermisch veel interessanter voor deze toepassing dan goedkope kunststof sandwichpanelen. De buitenkant wil ik uiteindelijk netjes afwerken. Het blijft een zelfbouwmachine, maar juist omdat vrijwel alles zelf ontworpen wordt, kan ook de afwerking vanaf het begin onderdeel van het ontwerp zijn.
Geen IDEX meer: één carriage met zes tools
Ook het oorspronkelijke IDEX-plan is inmiddels verlaten.
De nieuwe opzet wordt een Lineux/VzBot-achtige toolchanger met één bewegende carriage. Achter in de printer komen uiteindelijk maximaal zes tool-docks.
Ik begin gewoon met twee toolheads.
Dat is voor mij al de belangrijkste stap: twee materialen daadwerkelijk beschikbaar hebben zonder bij iedere materiaalwissel eerst een filament helemaal uit een hotend te trekken, door een systeem te transporteren, te purgen en vervolgens hetzelfde kunstje weer terug te doen.
Mijn K2 Plus heeft me vooral laten zien hoeveel tijd een “multicolor” print kan verliezen aan materiaalwissels. Een print die qua daadwerkelijke geometrie een paar uur duurt, kan door al die wissels ineens een halve dag bezig zijn. Daarnaast wordt een behoorlijke hoeveelheid filament letterlijk afval.
Met een toolchanger blijft iedere tool geladen. Tool parkeren, andere tool oppakken en verder.
Voor mij is dat vooral interessant voor combinaties zoals constructiemateriaal met een apart supportmateriaal, maar ook verschillende nozzleformaten worden interessant. Bijvoorbeeld een kleinere nozzle voor de buitenkant en een veel grotere nozzle voor snel infill.
Zes docks betekent overigens niet dat er vanaf dag één zes complete toolheads aan hangen. Het betekent dat ik het frame en de mechanica nu zo wil ontwerpen dat ik later niet opnieuw hoef te beginnen wanneer nummer drie, vier of zes erbij komt.
AWD CoreXY met 15 mm riemen
Voor XY is de richting inmiddels ook bepaald:
AWD CoreXY / QuadXY met vier XY-motoren en 15 mm riemen.
Dus geen lineaire motoren, geen tweede complete gantry en ook geen exotisch systeem dat alleen werkt zolang één specifieke fabrikant onderdelen blijft leveren.
Vier motoren, normale riemen, normale lagers en Klipper.
Voor een machine van deze afmetingen vind ik de bredere 15-mm riemen bovendien een veel logischere keuze dan proberen een grote zware gantry op dezelfde manier aan te drijven als een compacte 300-mm printer.
De lineaire geleiding: industrieel formaat
Hier is vandaag waarschijnlijk een van de belangrijkere ontwerpkeuzes gevallen.
In plaats van MGN12/MGN15 miniature rails ga ik een zwaardere HSR15/15CA-achtige profielgeleiding gebruiken.
Ik heb een set gevonden bestaande uit:
2 × 1500 mm lineaire rail + 4 × 15CA wagens.
Dat maakt een constructie mogelijk die anders al snel veel duurder wordt.
Het huidige plan is best efficiënt:
Eén rail van 1500 mm wordt verdeeld in twee Y-rails van ongeveer 660 mm. Iedere zijde van de gantry krijgt één wagen.
De tweede rail wordt gebruikt voor de X-as en krijgt twee wagens voor de carriage.
Daarmee wordt één complete set dus:
Y links: 1 rail + 1 wagen
Y rechts: 1 rail + 1 wagen
X: 1 rail + 2 wagens
Precies vier wagens.
Vooral die twee wagens op X vind ik belangrijk. Met een toolchanger hangt er straks behoorlijk wat massa en een mechanisch moment aan de carriage. Twee uit elkaar geplaatste blokken geven daar veel meer weerstand tegen kantelen en torderen dan één klein lagerblok.
De rails komen niet bovenop het frame
Een detail waar ik eerst bijna onnodig hoogte mee had weggegooid, kwam eigenlijk gewoon uit de donorconstructie zelf.
De Y-rails hoeven helemaal niet bovenop de bovenste 2040-profielen.
Ze kunnen tegen het verticale binnenvlak van die profielen worden gemonteerd.
Een 2040-profiel geeft daar een vlak van 40 mm hoog. Een HSR15-achtige rail is ongeveer 15 mm breed. Er blijft dus behoorlijk wat vrijheid over om de rail binnen die 40 mm op de ideale hoogte te plaatsen.
Sterker nog: waarschijnlijk zet ik hem bewust relatief laag op dat vlak.
Daarmee kan de bewegende gantry grotendeels tussen de bovenste frameprofielen komen te liggen in plaats van erboven.
Dat is om twee redenen interessant.
Ten eerste verlies ik nauwelijks extra machinehoogte door de overstap naar veel zwaardere lineaire geleidingen.
Ten tweede blijft de ruimte boven de gantry beschikbaar voor iets wat bij een toolchanger behoorlijk belangrijk wordt: PTFE-slangen en kabels met een fatsoenlijke buigradius.
Dit soort details is precies waarom ik de machine eerst volledig in Fusion wil opbouwen voordat ik profielen begin af te zagen.
Mechanische eindstops worden verplicht
Met de rails op deze manier gemonteerd wil ik ook niet uitsluitend afhankelijk zijn van softwarelimieten.
X en Y krijgen daarom naast de normale homing/einddetectie ook echte fysieke aanslagen.
Een wagen mag simpelweg nooit van een rail kunnen lopen.
Mijn huidige idee is een stevige metalen aanslag aan het frame, eventueel met een vervangbare geprinte TPU-buffer ervoor. TPU vangt de eerste klap op, maar het metaal bepaalt de absolute mechanische eindpositie.
Met vier XY-motoren wil ik niet ontdekken wat er gebeurt wanneer een verkeerde instelling de gantry met vier motoren tegelijk tegen een kunststof eindstop probeert te drukken.
Waarom ik alles nu in Fusion teken
Ik ben absoluut nog geen Fusion 360-expert. Zelf onderdelen vanaf nul tekenen gaat inmiddels behoorlijk goed, maar bestaande STL’s aanpassen vind ik nog steeds onnodig omslachtig.
Daarom probeer ik bij deze machine juist zo weinig mogelijk afhankelijk te worden van aangepaste STL-bestanden.
Het frame, de railposities, carriers, adapters, motorsteunen en andere nieuwe onderdelen kan ik beter zelf parametrisch tekenen. Als later een maat 3 mm verandert, pas ik liever één parameter aan dan dat ik opnieuw in een driehoeksmesh zit te hakken.
Bij bestaande systemen zoals Lineux wil ik het tegenovergestelde doen: niet opnieuw uitvinden wat al werkt.
De koppeling, toolpositie en dockgeometrie wil ik zoveel mogelijk behouden. Waar mijn HSR15-wagens niet overeenkomen met de oorspronkelijke carriage maken we gewoon een nieuwe adapter. De interface aanpassen is een stuk verstandiger dan een bewezen toolchanger opnieuw ontwerpen.
De Fusion-screenshots bij dit bericht zijn daarom niet alleen mooie plaatjes van een idee. Dit model wordt mijn eigen technische referentie tijdens de bouw.
Waar het ontwerp nu staat
De richting is inmiddels behoorlijk concreet geworden:
1200 × 700 mm volledig 2040-frame, ongeveer 1020 × 510 mm printoppervlak, circa 800 mm gewenste Z, 120 °C bed, circa 90 °C verwarmde kamer, 15-mm AWD CoreXY, zware 15CA-profielrails en een Lineux-achtige rear toolchanger met uiteindelijk maximaal zes tools.
En het belangrijkste uitgangspunt is nog steeds hetzelfde: ik wil geen peperdure verzameling exotische onderdelen bouwen omdat dat op papier mooi staat.
De donoronderdelen worden gebruikt waar ze goed genoeg zijn. Standaardonderdelen krijgen de voorkeur waar dat kan. Alleen waar de afmetingen, temperatuur of mechanische belasting het daadwerkelijk noodzakelijk maken, koop ik iets nieuws.
Juist daardoor begint dit project nu interessant te worden. Niet: hoe bouw ik voor zoveel mogelijk geld de meest extreme printer?
Maar eerder:
hoeveel machine kan ik bouwen door goedkope standaardcomponenten, donoronderdelen en zelfgemaakte onderdelen op de juiste plaatsen te combineren?
Met het frame en de belangrijkste XY-keuzes nu grotendeels bepaald, kunnen de volgende Fusion-tekeningen eindelijk over de daadwerkelijke gantry, carriage en toolchanger gaan.
