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3D-Druck: ein schneller Test und gleichzeitig praktisch

dsc_2935Einfach praktisch ist er schon, der 3D-Drucker. Ein Kunststoff-Filament bis zum flüssigen Zustand erwärmen und mit einem Drei – Achsen – Positionierer den Kunststoff schichtweise auftragen. Das ist ganz das grob beschriebene Prinzip eines 3D-Druckers.  Und mit genau so einem Drucker habe ich schlussendlich das hier beschriebene Objekt ausgedruckt. Bei dem verwendeten Drucker handelt es sich um einen Ultimaker 2+, der mit ABS-Filament mit 2.85mm Durchmesser als Druckmedium befüllt ist.

Doch vor dem Ausdrucken muss erst einmal ein Druckmodell her. Hier gibt es im Netz eine Vielfalt an fertigen herunterladbaren Modellen, die direkt gedruckt werden können. Eine Website ist hier zum Beispiel  thingiverse. Hier können die Community – Mitglieder ihre Designs und Objekte veröffentlichen und frei zugänglich machen. Doch ich wollte kein fertiges Modell nehmen, sondern den gesamten Designflow einmal von Beginn an durchmachen und testen, ob die, hier bei uns in der Arbeit verwendeten Tools auch zuverlässig funktionieren. Für dieses Testobjekt, einen Telefonaufsteller – oder „Handyhalter“ habe ich folgende Tools verwendet:

acadmodelDie 3D – Konstruktion habe ich mit AutoCad 2013 von Autodesk gezeichnet. Hier kamen einfach nur 3D Körper wie Quader und Zylinder zum Einsatz, die durch Addition, Subtraktion und extrudieren von Objekten das gewünschete Ergebnis liefern. Das fertige Objekt wird dann als Stereo-Lithografie-Datei (.stl) exportiert.

Jetzt kommt die sogenannte Slicer – Software zum Einsatz. Slicer bedeutet sinngemäß soviel wie zerscheneiden, aufscheiden. Und nichts anderes macht diese Software. Das dort geladene Druckmodell wird in Schichten zerlegt, so wie sie der Drucker später auch als Kunststoffebene schichtenweise auftägt. Auch hier gibt es einiges an open-source und freeware Software. Ich habe Cura verwendet. Dieses Slicer-Tool wird auch von Ultimaker angeboten und kann auch direkt mit deren Hardware arbeiten. Im Slicer werden dann einige Parameter festegelegt, die für den Druck dann wichtig sind. Das sind die Temperatur auf die das Filament erwärmt wird, die Plate Temperatur, die Materialvorschubgeschwindigkeit (ist abhängig von der Druckdüse und dem Material selbst), die Druckgeschwindigkeit usw. Hier sind etliche Dinge zu beachten und definieren, die schlussendlich erhebliche Auswirkung auf die Qualität, den Materialverbrauch und die Druckzeit haben…

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Der Ultimaker bei der Arbeit
curabild
Das Modell im Cura-Slicer

 

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Frisch aus dem Drucker

 

3D-Druck, Raspberry PI und Schalten von Netzspannung

dsc_2916Heute stelle ich kurz ein Miniprojekt, das aus gegebenem Anlass enstanden ist, vor.  Zum Thema 3D-Druck mit dem Ultimaker 2 Drucker gibt es ja mittlerweile schon tonnenweise Informationen im Web. Auch die Steuerung über einen Webserver (octoprint) samt Webcameraüberwachung ist sehr gut dokumentiert und einfach zu realisieren. So haben es viele selbsternannte 3D-Drucker-Experten einfach, und können auf das umfangreiche Wissen aus dem Web zurückgreifen. An meinem Abeitsplatz im Labor ist seit kurzem auch ein Ultimaker 2+ Drucker im Einsatz und wird, da ja viele Druckaufträge oft mehrere Stunden bis zur Vollendung benötigen, per Webcam überwacht. Jetzt könnte man den Drucker unbeaufsichtigt drucken lassen und den Raum oder das Gebäude verlassen und den Fortschritt remote überwachen. Doch wenn jetzt etwas nicht nach Plan verläuft und der Druckkopf beispielsweise mit dem Druckobjekt kollidiert oder das Druckobjekt selbst nicht so gedruckt wird, wie es der Slicer vorsieht, dann kann der Drucker nicht per Remote not-abgeschaltet werden.

Da der Octoprint – Server nun aber auf einem Raspberry PI läuft, dessen GPIO Port – Pins einfach ungenutzt herumstehen 🙂 , bieten sich diese an, ein Interface zu bauen, das im Falle des Falles die Stromversorgung des Druckers abschalten kann. Eine, in ein kleines Kunststoffgehäuse eingebaute Relaisplatine soll an die GPIOs angeschlossen werden. Die Relaiskontakte werden dann daran angeschlossene Schukosteckdosen schalten. Ich habe die Relaisplatine für vier Kanäle dimensioniert, um nicht nur den Drucker notabschalten zu können, sondern zukünftig auch ein Abluftventilator etc. damit zu schalten. Die Schaltbefehle werden dann direkt am Raspberry, über z.Bsp. Python-Scripten, oder einfach nur bash commandos ausgeführt.

Hier ist die supereinfache Schaltung für den Aufbau der Relaiskarte dargestellt:

schematicgpio

Vom Papier zur fertigen Platine und diese dann in ein Gehäuse eingebaut und per 40poliger Stiftleiste und Flachbandkabel an den Raspberry PI angesteckt, ist im folgenden Bild zu sehen. Als Gerätebezeichung ist mir „Ultimaker Schukocontroller“ eingefallen. Da die Aluminium-Frontplatte des Gehäuses wegen der Aussparung für das Flachbandkabel ohnehin in den Fräsbohrplotter musste, habe ich den Schriftzug „Ultimaker Schukocontroller“ auch gleich dort verewigt.

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Die Hardware ist nun fertig und mit dem Raspberry verbunden. Als GPIO Pins habe ich, wie im Schaltplan zu erkennen, die GPIOs 08, 23, 24 und 25 verwendet. Als einfachen Test kann man die Relais jetzt über das Terminalfenster des Raspberry (entweder lokal, oder über einen Putty) ganz einfach ansteuern. Als Beispiel ist hier GPIO Pin8 angegeben:

sudo echo „8“ > /sys/class/gpio/export
sudo echo „out“ > /sys/class/gpio/gpio8/direction

Relais einschalten:
sudo echo „1“ > /sys/class/gpio/gpio8/value

Relais ausschalten:
sudo echo „0“ > /sys/class/gpio/gpio8/value