Schrittmotortreiber passiv kühlen

Um den Drucker leiser zu bekommen ist mein erster Schritt immer, TMC2100 Schrittmotortreiber zu verbauen. Das sind die leisesten, mir bekannten, Pololu-kompatiblen Treiber. Leider sind es auch die, die am meisten Kühlung benötigen, wozu ich bisher immer einen kräftigen Lüfter über dem Treiber-Board montiert habe. Ich habe auch schon verschiedene Kühlkörper genauestens untersucht und auch hier im Blog darüber geschrieben. Mein derzeitiges Setting sieht immer so aus und läuft tadellos:

Noch besser wäre natürlich der massive Kupferkühlkörper, dieser kann aber nicht auf jedem Board betrieben werden, da er über den Treiber hinausschaut. Bietet sich also nur auf Boards wie z.B. dem Rumba an:

Diesmal will ich es aber anders machen: Ich habe mir vorgenommen, die Treiber passiv zu kühlen!

Die Voraussetzung dafür bringen die TMC2100 von Haus aus schon mit: sie sind auf der Oberseite komplett unbestückt und flach:

Ideal also, um sie gegen eine Kühlfläche pressen zu können. Da es einfacher ist, die Treiber zu einer Kühlfläche zu bringen, als die Kühlfläche zu den Treibern, habe ich dazu einfach die Pins mit 0,08mm² Flachbandkabel verlängert.

Beim anlöten der einzelnen Drähte habe ich darauf geachtet, dass das Lötzinn weit durch das Loch in der Platine durchläuft und noch auf der anderen Seite für Kontakt sorgt, damit ich anschließend die Oberseite flach schleifen konnte:

Schließlich stehen nach dem Löten die einzelnen Lötaugen ja über und würden ein anpressen unmöglich machen. Gleichzeitig habe ich die Brücke von GND zu CFG1 mit der Verdrahtung realisiert. Die fertigen Treiber sehen dann so oder so ähnlich aus, zum Vergleich nochmal meine Standard-Variante:

Anschließend konnten die Treiber mittels nichtleitender Wärmeleit-Klebefolie montiert werden. Nach meiner Recherche ist die beste verfügbare Folie vom Hersteller 3M mit nur 0,19mm Dicke. Hier der Link zum Datenblatt der Folie und wer es selber ausprobieren will, hier der Ebay-Link (etwa 5€/100cm²).

Da der Rahmen meines vierten Druckers aus 4mm Aluminium-Blech besteht, lag es nahe, diesen auch gleich als Kühlkörper mit zu nutzen:

Ein 3D-Benchy habe ich mit diesem Aufbau bereits ohne Probleme gedruckt. Das Blech wurde dabei deutlich warm. Eine sinnvolle Ergänzung wird in Zukunft ein weit herunter geregelter Lüfter, z.B. ein 12V-Lüfter an 5V, dieser sollte unhörbar für eine noch bessere Konvektion sorgen. Der Grund: selbst eine minimale Luftströmung erhöht die Kühlleistung eines Kühlkörpers extrem. Und der Rahmen meines Druckers bleibt so vielleicht noch etwas kühler.

Einpress-Muttern für haltbare Gewinde in 3D-Druckteilen

Wenn man mechanische Funktions-Teile konstruiert, kommt man irgendwann nicht mehr drum herum, Schrauben einzusetzen. 
Bisher habe ich das immer so gelöst, dass ich auf der einen Seite das Loch für die Schraube gelassen habe, wenn möglich mit einer (Zapfen-)Senkung für den Schraubenkopf und auf der anderen Seite eine 6-eckige Aussparung für die Mutter:

Beispiel: 6-eckige Aussparung für eine Mutter

Da diese Art der Konstruktion aber relativ viel Platz benötigt und es auch nicht immer möglich ist, eine Mutter entsprechend zu platzieren (Beispiel: Sackloch) habe ich mich nach Alternativen umgesehen und bin auf so genannte Einpressmuttern aus Messing (ebay-Link) gestoßen. 

Einpressmuttern M4 aus Messing

Diese können komplett in einem Sackloch versenkt werden und stellen anschließend ein haltbares Gewinde im Kunststoff des 3D-Druckteils dar.

Zum Einsetzen habe ich die Einpressmutter auf eine Schraube geschraubt und über einem Heißluftfön erhitzt. Anschließend die heiße Mutter inkl. Schraube in das vorgesehene Loch gedrückt, ausgerichtet und abkühlen lassen. Wenn man keinen Heißluftfön zur Hand hat, kann man die Mutter auch auf die Spitze eines Lötkolbens stecken und mit leichtem Druck in das vorgesehene Loch drücken. Nachteil an der Lötkolben-Version: Das weiche Plastik, dass von der Mutter verdrängt wird, kann innen in den Gewindegang fließen und so das Gewinde blockieren.

Da ich wissen wollte, wieviel diese Art der Schraubverbindung aushält, habe ich anschließend versucht, die Einpressmuttern wieder aus dem Druckteil herauszureißen.

Diesen Versuch habe ich mit Video dokumentiert:

Fazit:

Ich habe jetzt echt Vertrauen in diese Art der Schraubverbindung. Das Gewinde sitzt viel, viel fester im Druckteil, als ich es erwartet habe. Ich werde diese Muttern jetzt öfter einsetzen!

Neuanschaffung: RUMBA

So, bei mir gibts auch endlich mal wieder was neues!

Und zwar habe ich mir ein RUMBA mit den neuen TMC2100er-Treibern gegönnt. 

War erstmal geflasht, was da blinki-blinki abgeht, wenn man es anmacht 

Dazu hab ich mir noch passende Kühlkörper aus Kupfer besorgt. Ich war der Meinung, dass Motortreiber, die endlich das Wärmemanagement des Treiberchips berücksichtigen, auch hochwertigere Kupfer-Kühlkörper als die standard Alu-Dinger verdienen. 

Was ich mir vorher angelesen habe: Reines Alu (99,5%  ) hat 236W/mK, reines Kupfer hat 401W/mK Wärmeleitfähigkeit. Hier gilt: mehr = besser. In der Praxis liegt Alu aber irgendwo zwischen 75W/mK und 235W/mK und Kupfer dagegen zwischen 240W/mK und 380W/mK. D.h. selbst mit der schlechtesten Kupferlegierung fahre ich immer noch besser als mit dem besten Aluminium. 
Weiterer Bonus: Der Kühlkörper aus Kupfer hat eine viel massigere Basis, die viel besser die Wärme in die äußeren Bereiche des Kühlkörpers verteilen kann. Und größer ist er auch noch 

Doch genug gesabbelt, Fotos! 

Heute kam wieder der... Nein, diesmal der Nachbar!

Dann kam vorhin noch der Postbote (Nachbar) und hat mir noch ein paar Dinge vorbei gebracht:



Kapton-Heizmatte, Kork und eine Rolle Filament. Das Filament war leider in der falschen Farbe, wird aber umgehend in der richtigen Farbe mit Rücksendeschein geschickt! Guter Service!
Das Kork hab ich danach 2x auf Maß geschnitten, ich benutze das als Dämmung für "untendrunter" 



Anschließend noch die Matte aufgeklebt, ging sehr gut. Einfach wie auf dem Foto gezeigt, Stück für Stück aufkleben und immer wieder die Luft rausstreichen, hab keine Blasen drunter 





Und weil ich ja immer noch keine Z-Achse habe  hab ich mich weiter beschäftigt und nochmal den Lötkolben rausgeholt. Hier im Thread hat mir ja jemand vorgeschlagen (sry, weiß jetzt grad nicht mehr, wer das war - bitte melden für ein danke  ) noch die restlichen Kontaktstifte auf dem RAMPS einzulöten, das hab ich jetzt gemacht. Jetzt hab ich quasi ein "dauerplus" und noch einen Schaltkontakt, der "eigentlich" dazu benutzt werden soll, bei einem ATX-Netzteil den Switch auf Ground zu ziehen, damit es angeht. Damit kann man aber auch Relais schalten, hab ich schon gelesen. Und weil es grad so schön war, noch ein wenig Kabelmanagement vorbereitet:

Einmal einen giftgrünen Gewebeschlauch um die Kabelage vom Hotend und mit Steckern versehen, und das Heizbett auch noch mit Steckern versehen 

Damit aber nicht genug, etwas "Hardware" hab ich auch noch angefasst: Ich habe nochmal die Wellen und den Schlitten der X-Achse gelöst und neu festgeschraubt, irgendwie hatte ich das Gefühl, das das klemmte. Zwar konnte ich nichts messen oder sehen, aber irgendwie... Naja, ich hab das ganze versucht zu überprüfen, indem ich mit einer Federwaage die Kraft gemessen hab, die benötigt wird, um die X- oder die Y-Achse von Hand zu verschieben. 



Kann man schlecht erkennen, aber das sollen 0,8kg darstellen 

Vorher brauchte ich zum verschieben:

X-Achse: 9N
Y-Achse: etwas mehr als 8N

Nach dem neuverschrauben der X-Achse:

X-Achse: etwas weniger als 8N
Y-Achse: etwas weniger als 8N

Scheint also was gebracht zu haben (messbar) und gefühlt war es danach auch besser 

Treiber A4988 - Pins angelötet

So, gerade mal die Treiber zusammengelötet: dazu einfach die Pinleiste an ihre spätere Position gesteckt und dort verlötet, viel weniger Fummelei 

ATX-Netzteil Umbau

So, das erste mal "wirklich" was für den Drucker gemacht:

Ein altes 300W Netzteil umgebaut, für die 12V-Versorgung...



An die 12V-Schnittstelle hab ich einen Stecker gelötet, damit ich später beim zusammenbauen die Verbindung trennen kann.

Und bevor jemand direkt Luft holt um loszuschreien: Das Heizbett und das Hotend werden von einem 24V/20A Netzteil über SS-Relais versorgt, ich brauch die 12V nur für den Rest