Zuendys Hypercube Evolution

Vorab, ich erhebe keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder gar darauf, hier ein Optimum abgeliefert zu haben! Es ist ein Hypercube von mir geplant und zusammengebaut, mit all seinen Macken und Individuallösungen. Auf sachlicher Ebene bin ich gern bereit, eine Diskussion einzugehen.

Inhaltsverzeichnis

• • Rahmen Profile und Kleinteile
    • Druckteile
  • Elektrik
    • Controller
    • Hotend
    • Heizbett
  • Einhausung

• Fertige Bausätze

Rahmen Profile und Kleinteile des Hypercube Evolution

Nachfolgend die Bestellung, welche ich tätigte, und anschließend die korrigierte, wie ich sie in Zukunft tätigen würde.

Diese Profile funktionieren bei einem Direct Drive Extruder für einen Hypercube Evolution mit einem Bauraum von 348mmx398mmx700mm.

Gesamtpreis Netto: 179,40 €

Versandkosten: 18,00 €

MwSt.: 37,50 €

Gesamtpreis Brutto: 234,90 €

Für den kompletten Bau sind M5x10 und M5x16 Inbusschrauben mit Sechskantmuttern in gedruckten Führungen und kleinen (12 mm Außendurchmesser) als auch großen (18 mm Außendurchmesser) Unterlegscheiben verwendet worden.

ngg_shortcode_0_placeholderIm „Sonderpreis-Baumarkt“ gibt es diese Inbusschrauben, Muttern, Unterlegscheiben zu 50 Cent die 100g. Gebraucht wurden ca. 600g. Aufwand hier: ein Fußmarsch und 3€.

Druckteile des Hypercube Evolution

Bezugsquelle ist hier Thingiverse. Eigenentwicklungen sind die Kontakte für die optischen Endstops in X,Y und Z,

die Winkel und Zuführung für den Kabelstrang des Hotends zum Schaltkasten sowie

die Halter für die Flanschlager.

Elektrik des Hypercube Evolution

Der Hypercube wird gegenwärtig über einen BiQu KFB 2.0 Controller gesteuert, welcher mit Octoprint auf einem Orange Pi Zero verwaltet wird. Das Heizbett wird mit 230V betrieben. Als Extruder dient ein einfacher MK8 Extruder, welcher, was ich vorab verraten kann, schon recht schwach ist. Kabel sind alles 2-2,5 mm² geschirmte 4- und 6- adrige Kabel.

Als 12V Netzteil dient ein HP HSTNS-PL14. Eine kleine Brücke zwischen 2 Pins und schnell ein paar Goldkontakte angelötet und man hat ein wirklich starkes flüsterleises Netzteil für relativ wenig Geld. Danke noch mal an Philipp für den fairen Preis und das tolle Netzteil.

Während des Schreibens denke ich so über dieses Bild nach und es wäre wohl sinnvoller gewesen, einmal einen Stecker und einmal eine Buchse zu verlöten, um einer möglichen Verpolung vorzubeugen. Mmmh. Und es braucht ein gedrucktes Gehäuse. 

Controller und Motoren des Hypercube Evolution

Verbaut ist ein 8bit Controller mit dem Namen BiQu KfB 2.0. Nehme gern 32Bit Spenden an. 😉 Nächstes Ziel ist erst einmal Klipper. Die Vorteile des KfB 2.0 sind die kompakte Bauweise und die variable Anschlussspanung von 12-24V. In Marlin wird es als MKS Gen L angegeben. In Zukunft würde ich wohl auf dieses kleine Board zurückgreifen, da es von den Anschlussmöglichkeiten identisch, aber dennoch ein gutes Stück kleiner ist. Als Motoren-Driver am 3D-Drucker laufen erst einmal DRV8825, welche in naher Zukunft gegen die TMC 2208 ersetzt werden. Die Treiber werden aktiv mit einem BeQuit Lüfter aus einem alten PC-Netzteil gekühlt.

Der Bequit Lüfter hat einen sehr hohen Luftdurchsatz, die Öffnung für den Luftaustritt schaut nach vorn, was schon ordentlich zieht, wenn man davor steht. Beim nächsten Druck, werde ich darauf achten, das die Öffnung nach hinten schaut.

Schrittmotoren sind 45Ncm Nema 17 Motoren verbaut, welche ich im Nachgang nicht wirklich empfehlen kann.

An denen kann an der Welle gezogen werden und Stator samt Welle lassen sich mehr als 10 mm vor und wieder zurückschieben. Wer relativ günstige und vor allem langlebige, gut verarbeitete Nema Motoren kaufen will, sollte nach ACT Motor Schrittmotoren Ausschau halten. Die sind noch in meinem über 10 Jahre alten Mendel Drucker drin und laufen heute noch zuverlässig.

Für erste Tests wurden für die Z-Spindel PLA-Gewindekupplungen gedruckt, die für einige Stunden gut hielten, sich jedoch bei längeren Drucken lockerten. Hatte mir daraufhin starre Kupplungen aus 20 mm Rundmaterial gedreht und Gewinde für Inbus-Madenschrauben geschnitten.

Hotend des Hypercube Evolution

Verbaut ist ein günstiger MK8 Extruder (ca. 22€), bei dem abzusehen ist, dass der Schrittmotor doch arg schwach auf der Brust ist und bei den kleinsten Problemen anfängt überzuspringen. Ich kann aber noch mal die Motorspannung überprüfen.

Platziert ist der Extruder samt Hotend auf einem dicken gesägten, gebohrten und gefeilten Blech. Der Lüfter ist aus einem alten Notebook und die Luftführung passend zum Lüfter erstellt und an das Kühlsystem „Spaceship V3“ von Thingiverse angelehnt. Hier auch bis jetzt nicht optimal, da Luftdurchsatz zu gering.

Eine Alternative ist bereits in Planung. Für erste Fahrten und Testdrucke bis 80 mm/s war und ist dieser Extruder ausreichend. Wobei hier der limitierende Faktor aktuell eher der 8bit Controller ist und mit dem Nachreichen der Datensätze nicht nachkommt.

Heizbett des Hypercube Evolution

Das Heizbett ist ein 230V Heizbett, welches von einem Elektro-Meister abgenommen werden sollte.

Benötigte Materialien:

• Aluminium feingefräste Gussplatte (hier 400x500x6 45,36€ + 5,40€ Versand)
• GFK / FR4 2mm dicke schwarze Glasfaserplatte (hier 600×500 23,60€ + 6,90€ Versand)
• 400×400 Heizmatte (hier 1400W 240V für 44,99€ , sinnvoller sind eher 600-800W Heizmatten)
• Kork oder Dämmwolle als Dämmung
• 2x SSR-40 DA Solid 24-380V 40A 3-32V DV (20€ bei mir, da es schnell gehen musste, über China 5-10€ für 2 Stück)
• Temperaturbegrenzer 250V~ 10A (Wasserkocher)TH27 manueller Reset bei 150°C
• 2-2,5 mm² Kabel die die Leistung der Heizmatte aufnehmen können, Stecker, Buchsen und eine zusätzliche Sicherung für den errechneten Strom.

Heizbett des 3D-Druckers

Gekauft wurde eine Alugussplatte mit der Abmessung 500×400. Zuerst mit der Flex auf 425mm gekürzt, anschließend auf eine Eigenbau Portalfräsmaschine aufgespannt und auf 420mm plangefräst und die Ecken gleich mit abgerundet. Für den Temperaturbegrenzer und die Erdung wurde ein Durchgangs M3 Gewinde geschnitten.

Im Nachgang würde ich wohl 435mm abschneiden und auf 430mm Planfräsen, die Auflagefläche für den Temperaturbegrenzer reicht schon, ist dennoch etwas knapp.

Heizmatte des 3D-Druckers

Die Heizmatte wurde mittig auf die Rückseite des Aluguss Heizbettes aufgeklebt und die Erdung als auch der Temperaturbegrenzer, welcher eine mechanische Trennung bei versagen der zwei SSR Relais auslöst, angebracht. Alle Kabelenden wurden mit Hochtemperatur Schrumpfschlauch isoliert.

Die Standardheizbetthalter aus dem Hypercube Evolution-Set wurden gegen verstärkte Halter ausgetauscht.

SSR 230V Schaltung mit 12V Steuersignal

Verbaut wurden zwei SSR Module, ein Modul in die Phase und eines in den Neutralleiter, sodass, egal in welche Richtung der Netzstecker eingesteckt wird, das Gerät spannungslos bleibt. Ein weiterer Grund ist, falls ein SSR Modul mal „kleben“ bleiben und so permanent auf Durchgang schalten sollte, immer noch das zweite Modul korrekt arbeitet und so das Heizbett trennt. Für den Fall, dass nun beide SSR Module kleben bleiben sollten, wurde der Temperaturbegrenzer verbaut, welcher bei 150 °C den Stromkreis mechanisch trennt.

Evtl. wäre es hier sogar sinnvoller, mit dem Temperaturbegrenzer einen Schütz zu steuern, anstatt die Phase direkt zu unterbrechen?

Eine komplett ausformulierte Anleitung findet ihr bei Manuel mit seinem 230V Heizbett und großen Dank an Steffen für die zur Verfügung-Stellung des Schaltplans, welcher in unserer Hypercube Evolution Gruppe liegt.

Haftgrund

Als Druckfläche wurde eine schwarze FR4 600x500x2 Platte gewählt. Diese wurde mit Schlagschere auf 400x420mm eingekürzt. Positiver Effekt: für ein weiteres Heizbett mit 200×300 Größe war noch ein Rest übrig. Zu erwähnen ist, ohne Einhausung würde ich diese Glasfaserplatte nicht betreiben, sie gast schon bei 60 °C ordentlich aus und es riecht nicht wirklich gesund. Mal sehen, was über die Zeit hinweg passiert.

Gereinigt wird mit billigstem Wodka oder wer es seriös mag mit Isopropanol und der Haftgrund hält gegenwärtig gut. Mit Aceton, Bremsenreiniger und Spiritus war von meiner Seite her keine Haftung erzielbar. Die Platte ist bisher nicht angeschliffen, wurde nur ausgepackt, auf Länge gebracht und gereinigt.

Einhausung des Hypercube Evolution

Dass die 30×30 Profile für eine Bauhöhe von 1000 mm nicht gemacht sind, war mir schon bei der Bestellung klar. Versteifungen und weitere Druckteile wollte ich mir ersparen, da von Beginn an klar war, eine Einhausung sollte dran. Ich hatte mir verschiedenste Materialien angeschaut, immer im Hinterkopf eine Versteifung in den Rahmen zu bringen und das Ganze dennoch möglichst beweglich als auch noch tragbar zu realisieren. Letztlich bin ich immer wieder beim 1 mm Blech in der 2000×1000 mm Variante zurückgefallen. 2 Bleche von der Größe wurden benötigt. Die 3 Seitenteile wurden jeweils auf 560 mm mit der Schlagschere abgelängt, ein Blech mit den ganzen Bohrungen vorgezeichnet und anschließend alle 3 Bleche verklemmt und gleichzeitig mit einem 5,2 mm Bohrer gebohrt.

Der Deckel wurde grob vorgezeichnet und anhand der Handskizze nachgebaut.

Zur Versteifung von Tür und Deckel wurden noch ein paar U-Profile gebogen und mit einem Gummihammer in die letzte Form gebracht.

Und mit der Tür habe ich mir ein richtiges Ei gelegt. Maßgabe war lediglich, ich wollte im Vorbeigehen, unabhängig von Kamera und Co., den Druck beobachten können. Für 17,99€ incl. Versand sah ich da Acrylglas in 333 x 1000 x8 mm und dachte hey super. Von deinem Blech hast du ohnehin 1000 x 1000 noch über, da ist doch die Tür schnell gemacht. Das Einpassen, die ganzen Schrauben, die Versteifungen, damit die Tür nicht durch die Gegend wabbelt, hat mich bestimmt 4-5h gekostet. Da wäre eine komplette Acrylplatte wohl sinniger gewesen und wäre seinem Preis gerecht geworden. Aber gut, zusammen und nicht mehr ärgern. 😉

Nächste Aufgabe wird sein, eine Dämmung von innen, um Geräusche und Abwärme zu reduzieren.

Die ersten Drucke sehen mMn passabel, dennoch verbesserungswürdig, aus.

Der Zylinder ist mit einer Schichthöhe von 0,2 mm und Düse mit 0,5 mm Durchmesser bei 90 mm/s im Vasenmodus gedruckt. Die Abdeckkappe mit einer Schichthöhe von 0,24 mm und Wandung von 1,5 mm. 

Weiterführende Links:

• Steps am Hypercube kalibrieren
• PID-Tuning
• Extruder kalibrieren
• BOM Hypercube Evolution
• Facebookgruppe Hypercube Evolution

Da die Frage nun regelmäßig zu fertig vorkonfigurierten Bausätzen aufkam, hier ein paar Vorschläge (weitere bitte gern in die Kommentare):

Bausätze vom Hypercube Evolution

300 x 300 x 300 schwarz eloxierter Hypercube Evolution für ca. 518€

• 30er Profile
• 24V Stromversorgung
• Ramps + Arduino MEGA Controller

400 x 400 x 400 schwarz eloxierter Hypercube Evolution für ca. 516€

• 30er Profile
• 24V Stromversorgung
• Ramps + Arduino MEGA Controller

500 x 500 x500 schwarz eloxierter Hypercube Evolution für ca. 611€

• 30er Profile
• 24V Stromversorgung
• Ramps + Arduino MEGA Controller

Dabei ist zu beachten, da die Bausätze schlecht mitskalieren.  Je größer der Bausatz, desto instabiler sind sie und desto langsamer kann sauber gedruckt werden. Der 300 x 300 x 300 Bausatz ist hier wohl von der Konfiguration her der vernünftigste.