Ich habe einen Prototyp-3D-Drucker-Filamentalarm erstellt, der funktionierte, aber der Prozess brachte auch neue Probleme und Probleme an die Oberfläche, die ich nicht vorgesehen hatte, als ich das erste Mal begann. Heute tauchen ich zusätzlich in den Prototyping-Prozess ein, um einen Einblick in die Erstellung eines gut angegebenen Problems zu erhalten. Was ich aufkam, ist ein leichtfertiger Anhänger, der passiv an der Filament hängt und Sie informiert, wenn Sie etwas über diese Änderungen haben.
Ich begann mit einem Bedürfnis, zu wissen, wann mein 3D-Drucker aus dem Filament war, so dass ich alles lernen konnte, was ich tat, und füge eine neue Spule des Filaments ein, die sich ideal gegen das Ende der vorherigen Spule eignet. Durch das Drucken von sehr großen Arbeitsplätzen konnte dies innerhalb von vier Minuten des filamentenden Filaments ununterbrochen fortgesetzt werden. Das erstellte Gerät wurde Herr Screamer genannt.
Das Grundkonzept
Die Idee ist, dass, wenn ein 3D-Drucker besucht wird (aber nicht unter ständiger Überwachung) und der Bediener bereit ist, Filamentwalzen bei Bedarf auszutauschen, gibt es keinen Bedarf an dem Drucker, der “intelligente” Aufgaben wie den Pausieren des Drucks darstellt. Solange ein Alarm ausgelöst wird, wenn das Filament ausgeführt wird, kann der Bediener alles tun, um den Herstellerdrucken ununterbrochen zu halten, und der Drucker selbst muss nicht einmal wissen.
Erster Prototyp
Der vorherige Prototyp verwendet einen Rollenschalter, um einen Summer zu aktivieren. Das Filament wurde durch das Gerät geführt.
Der vorherige Prototyp, der physikalisch erfasste Filament mit einem Walzenschalter, der einen Summer auslöste, als das Filament rannte. Es hatte einen erfolgreichen Prozess, aber ergab jedoch neue Probleme:
Beim Ziehen von Filament durch das Gerät von Hand war es wenig zu keinem Widerstandszusatz, aber sobald es in dem Drucker eine Rolle des Filaments in dem Drucker fuhr, erzeugte es viel viel verbindlicher und Reibung als erwartet. Der Druck war erfolgreich, aber der Extruder des Druckers musste viel härter arbeiten als üblich. Ich hatte gehofft, dass das Gerät das Zufuhrsystem und das Filament vernachlässigbar belasten würde. Dies war nicht der Fall.
Wenn das Filament ausging, fiel das Gerät ein gewisses Abstand zur Tischplatte. Dies wurde erwartet. Der Aufprall klopfte jedoch fast die Batterien vollständig aus dem Reibungsbatteriehalter, der nicht erwartet wurde. Hätten die Batterien vollständig herausgeschlagen, hätte das Gerät nicht seinen primären Job gemacht. Das Gerät musste tropfenbeständig sein, aber das Prototypdesign spiegelt dies nicht wider.
Obwohl der vorherige Prototyp der Arbeit den Job gemacht hat, war es klar, dass es Probleme gab, und ein Design-Update war erforderlich.
Design-Tore-Zusammenfassung.
Die grundlegenden Anforderungen an Mister Screamer haben sich nicht viel geändert. Die Aufgaben des Geräts sind:
Wenn das Filament vorhanden ist, passiert nichts.
Wenn das Filament ausgeführt wird, schreien Sie Ihren täuschenden Kopf aus, um einen nahe gelegenen Betreiber aufmerksam zu machen.
Andere Elemente des Designs erarbeiteten gut genug, um zu halten und meist unverändert zu bleiben:
Das Gehäuse kann 3D gedruckt sein
In sich geschlossene (keine externe Leistung oder Signale)
Erfordert keine Änderungen an dem 3D-Drucker, der überwacht werden soll
Elektrisch einfach und mit einem Minimum von einfach zu Quellen von Teilen
Lange Akkulaufzeit, Niedrigleistungsnutzung
Einfach abzuschalten, wenn Sie auf einen Alarm reagieren
Lektionen aus dem Baugeln und Testen des ersten Prototyps wurden verwendet, um folgende Designziele hinzuzufügen:
Darf den normalen Betrieb des Druckers nicht beeinträchtigen. Idealerweise darf der Drucker es nicht einmal bemerken.
Das Gerät muss robust sein und tropfenbeständig sein.
Fähigkeit, das Gerät leicht zum Filament eines bereits laufenden Drucks hinzuzufügen.
Der neue Prototyp.
Der neue Prototyp hält die gleiche Basisfunktion, jedoch mit einem völlig anderen Ansatz. Das Gerät ist nun empfindlich auf Orientierung und spürt das eigentliche Filament nur indirekt. Es wird erzeugt, durch eine Kugelkette wie ein Anhänger aufzuhängen.
Während das Gerät hängt, ist es still. Wenn es fällt, klingt der Alarm, bis er aufgehoben ist. Daher hängt es im Betrieb passiv aus dem Filament wie ein Anhänger oder Schlüsselbund, solange der Filament in den Drucker füttert. Sobald die Filamentspule geleert hat, fällt das Gerät auf die Tischplatte und löst den Alarm aus.
Das neue System ändert Technologien. Ich habe mit dem Walzenschalter weggetreten und ersetzte es mit einem Reed-Schalter. Innerhalb des 3D-gedruckten Gehäuses ist eine Hohlräume, die einen kleinen Disc-Magneten erfasst. Die Leere wurde entwickelt, um eine Form zu verwenden, die den Magneten, der den Magneten vom Schilfschalter von der Kugelkette fernhält, aber Mister-Screamer auf einer ebenen Oberfläche lag, und der Magnet lässt sich in der Nähe genug, um ihn zu betätigen.
Abgerundete Kanten Stellen Sie sicher, dass es nach dem Fallen immer flach liegt.
Der zentrale M3-Bolzen sichert beide Hälften zusammen.
Illustrierter Betrieb. Klicken um zu vergrößern.
Wird senkrecht von seiner Kette hängen (entweder zur Lagerung oder beim Aufhängen an einer Filamentlinie) ist das Gerät vollständig inert und verwendet keine Leistung. Das Gehäuse erzeugt mit flachen Seiten und abgerundeten Kanten, so dass sich das Gerät immer auf der einen oder der andere einseitig einsetzt, wenn er fällt.Central M3 bolt is plastic, so as not to interfere with the magnet.
Currently shrieking like a banshee in this orientation.
Other design Notes
Once the filament runs out, the device will fall to the tabletop.
There are a few other things to mention about the design:
The ball chain can be opened and closed. This indicates the device can be installed around filament while the printer is in use. No need to unload filament and thread it through the device like with the previous version.
The ball chain has another advantage: the smooth balls roll like little bearings on the filament itself. There is no perceptible wear or contamination risk.
Wiring all the parts — especially both battery contacts — into a single side of the enclosure indicated no flying wires between the two shells. This allowed me to glue wires in place, which in turn indicated much easier assembly (no pinched wires!) and a a lot more robust device overall.
There is a small amount of hysteresis from the attraction of the magnet to the ball link chain. The device requires a minor “tap” to shut off once it has turned on. This was pleasing but unintentional, and illustrates how closely physical design choices can affect operation.
Before creating the prototype I did a small proof-of-concept for a different idea: using a rolling ball tilt switch to sense orientation and activate the buzzer. These small devices use two metal balls inside a case to either close or open an electrical connection depending on orientation. regrettably the connection made is small, and they do not carry current very well. The buzzer emits only a faint, strangled sound with the power flowing directly through a rolling ball switch. This problem could be fixed by adding a lot more components to the design, but the rolling magnet and reed switch technique was chosen instead.
Video Tour
Warning: Audio consists of loud beeping
Ergebnisse
The new prototype was a success, and not just because it done its intended job in the expected way. It was a successful process because:
It continued to validate the basic premise: the printer itself doesn’t need to know it’s out of filament, so long as an operator is notified and has time to act.
It was able to be created cheaply and quickly.
Design changes due to lessons learned from the original prototype were successfully integrated.
Using the Iterative Prototyping Process
In prototyping Mister Screamer, I did the following to get the best results from an iterative approach:
Define the problem and the scope carefully. Make sure that the problem you think you have is the same one that actually exists. In part one of this project, I figured out that my problem wasn’t really that my printer didn’t have a filament monitor. My problem was that filament could run out unnoticed even if I was in the same room.
Design something that solves the observed problem, no a lot more and no less.
Test certain ideas with a proof-of-concept before committing them to a prototype.
Make the prototype as swiftly and cheaply as you feasibly can.
Test in real-world conditions. The prototype will probably fail or fall short in at least one way, and hidden problems will be forced to the surface. Make sure failure results in something being learned.
Use what was learned to refine the design.
Mister Screamer V2 satisfied all the requirements, but still yielded discoveries that could be used to improve a subsequent version. The greatest lesson learned was that this design is highly dependent on the layout of the 3D printer being used.
In my particular printer (a Raise3D N2) the filament spool is well away from the print area. Not only is there room for the device to hang from a spool, there isn’t any risk of the unit ending up somewhere troublesome when it falls. other 3D printers may have physical layouts that don’t allow Mister Screamer to work well. If the device dangles in the way of the print head, or can fall into the print area once filament runs out, that’s asking for trouble.
As it stands, Mister Screamer V2 does its job well enough to be reliably used for real work, even if its scope is focused generally on my own printer and needs. Ever-increasing improvements can be tempting to chase, but it’s rarely needed to iterate until a option is perfect. If a problem has been correctly identified and understood, it becomes much much easier to judge when the option is done.
The enclosure design for this version of Mister Screamer is available on GitHub.