Klimatisierung (Temperierung) 3D Drucker
Studiengang
Elektrotechnik (B.Eng.)Projektbeschreibung
Für den sauberen 3D-Druck von ABS bedarf es einer erhöhten Umgebungstemperatur der Druckumgebung. Um diese zu gewährleisten, wurde ein klimatisiertes 3D Drucker-Gehäuse aus Plexiglas konstruiert.
Wenn es darum geht, hitze- und chemikalienbeständige 3D Druckergebnisse zu erzielen, wird als Filament oft zu ABS gegriffen. Diese Eigenschaften gehen damit einher, dass es für einen sauberen Druck einer erhöhten Temperatur der Druckumgebung bedarf. Um sogenanntes „warping“, also Materialverzug bei unkontrolliertem Abkühlen des gedruckten Objekts, zu verhindern, muss ebenfalls darauf geachtet werden, dass ein fertiges Teil kontrolliert abgekühlt werden kann.
Aus diesen Gründen wurde ein klimatisiertes 3D Drucker-Gehäuse aus Plexiglas konstruiert. Es erlaubt eine vorgegebene Temperatur zu halten und den Temperaturverlauf zu protokollieren.
Beteiligte Personen
| Studierendengruppe: | Adrian Schnauder, Stefan Morasch, Tobias Mörz |
| Betreuer: |
Veranstaltung
Systems Engineering 1 (IK)
Laufzeit
WS 2022/23
Anforderungen
- klimatisiertes Gehäuse aus Plexiglas
- konstante Kontrolle und Regelung der Temperatur, sowie deren Dokumentation
- Temperatur über Drehschalter (Potentiometer) einstellbar
- Maße des Referenzdruckers Creality Ender 3 beachten -> Gehäuse im Innenraum Platz für gedachten Würfel mit mindestens 44 cm Breite, 46,5 cm Tiefe und 41 cm Höhe
- Konstruktion stabil genug gegen kleine äußere Einflüsse (z.B. Anrempeln oder Dagegen-Klopfen)
- Materialien nicht zu teuer, da Projekt möglichst kostengünstig
- Einbau eines LED-Bands, das momentane Temperatur innerhalb des Gehäuses mit entsprechenden Farben widerspiegelt
- Montage eines Displays auf Außenseite, welches derzeitige Temperatur im Inneren anzeigt
- Kein rapider Temperaturabfall nach Druck, sondern geregeltes Abkühlen
Umsetzung
Konstruktion
Zuerst mussten die Plexiglasplatten und die Aluprofile auf die entsprechenden Größen zugesägt werden. Anschließend wurden die Bohrungen auf den Plexiglasplatten sowie auf den Aluprofilen gebohrt. Da die Stützen für die Metallplatte aus Vierkantrohren bestehen, wurden in alle Gewinde der Größe M4 geschnitten.
Für den Zwischenboden wurde eine CAD-Zeichnung erstellt, auf der eine Metallplatte mit jeweils 3 Lochreihen auf jeder Außenseite gezeichnet ist. Diese wurde dann mit Hilfe von CNC-Technik gebohrt und gefräst. An die Tür wurde neben Scharnieren auch noch ein Griff angebracht.
Zwei Magnete sorgen dafür, dass die Tür geschlossen bleibt.
Konstruktion
Für den Lüfter und die Heizung war eine extra Konstruktion notwendig, da sich die Heizung freischwebend unter der Metallplatte befinden muss, sodass keine anderen Bauteile übermäßig erwärmt oder sogar geschmolzen werden.
Zum Schluss wurde dann noch der Schaltkasten an das Gehäuse geschraubt und einige Durchführungen für Leitungen oder das Filament gebohrt. Zusätzlich ist noch die Halterung für die Filament-Spule links am Gehäuse angeschraubt worden.
Umsetzung
Es sind drei Temperatursensoren verbaut worden. Im oberen Teil des Gehäuses, der tatsächlichen Druckumgebung, wird durch zwei Sensoren der Mittelwert der dortigen Umgebungstemperatur aufgenommen. Im unteren Teil des Gehäuses, unmittelbar in der Nähe der Heizung, wird ebenfalls die Temperatur gemessen und auf maximal 80°C begrenzt, um mögliche Schäden am Gehäuse zu verhindern.
Mit den so ermittelten Werten und der über einen Drehschalter eingestellten Solltemperatur, kann der im Schaltschrank verbaute Arduino entscheiden, ob geheizt werden muss oder nicht, damit die gegebene Solltemperatur im oberen Teil des Gehäuses erreicht wird.
Die Temperaturwerte werden mit aktuellem Datum und Uhrzeit im Sekundentakt auf eine SD-Karte gespeichert. So kann der Temperaturverlauf während des Druckens protokolliert werden.
Auf dem Schaltschrank ist eine Reihe an LEDs angebracht, mit denen die Temperatur im Gehäuse über verschiedene Blau- und Rottöne visuell angezeigt wird.
Die Bedienoberfläche umfasst ein LCD-Display, über das sich die Temperaturen im oberen unteren Gehäuseteil, die eingestellte Solltemperatur und das Vorhandensein einer SD-Karte einsehen lassen. Außerdem kann über einen Drehschalter die Solltemperatur eingestellt werden und über zwei andere Kippschalter das System ein-/ausgeschaltet und ein weiterer Lüfter zum Abkühlen dazugeschaltet werden.
