Stworzyłem prototypowy alarm włókien drukarki 3D, który działał, ale proces przyniósł także nowe problemy i problemy na powierzchni, której nie przewidziłem, kiedy po raz pierwszy zacząłem. Dziś zamierzam dodatkowo nurkować do procesu prototypowania, aby uzyskać pewien wgląd w tworzenie dla dobrze określonego problemu. Wymyśliłem to łatwe do zbudowania wisiorek, że pasywnie zawiesza się z włókna i informuje Cię, jeśli coś o tym zmianach.

Zacząłem się z koniecznością wiedzieć, kiedy moja drukarka 3D była z włókna, tak że mogłem upuścić wszystko, co robiłem i wkładam nową szpulę żarnika idealnie do końca poprzedniej szpuli. Robiąc to w ciągu czterech minut od wyczerpanego żarnika, drukowanie bardzo duże zadania może być kontynuowane nieprzerwane. Urządzenie, które stworzyłem, nazywano Screamer Mister.

Podstawowy pojęcie

Pomysł polega na tym, że jeśli zostanie udział drukarka 3D (ale nie pod stałym nadzorem), a operator jest przygotowywany do swapu zwijania włókna w razie potrzeby, nie ma potrzeby, aby drukarka do wykonania żadnych zadań “Smart”, takich jak wstrzymanie druku. Dopóki nie ma wskazówek wyzwalania alarmu, gdy włókno wyczerpuje się, operator może zrobić wszystko, aby utrzymać nieprzerwane drukowanie producenta, a sama drukarka nawet nie musi wiedzieć.

Pierwszy prototype.

Poprzedni prototyp używał przełącznika rolkowego, aby aktywować brzęczyk. Włókno został podawany przez urządzenie.
Poprzedni prototypowy filament wyczuwany fizycznie z przełącznikiem rolkowym, który wywołał brzęczyk, gdy napotkał filament. Miał udany przebieg próbny, ale ujawnił kilka nowych problemów:

Podczas ciągnięcia włókna przez urządzenie ręcznie niewiele niewiele niewiele odczuwają oporu, ale po jeździe do rolki włókna w drukarce, stworzyło znacznie dużo więcej wiązania i tarcia niż oczekiwano. Drukowanie odniosło sukces, ale wytłaczarka drukarki musiała pracować znacznie trudniej niż zwykle. Mam nadzieję, że urządzenie umieściłoby znikome obciążenie systemu paszowego i włókna. Tak nie było.

Gdy napotkał się włókno, urządzenie spadło na blat. Spodziewano się tego. Ale wpływ prawie przewrócił baterie całkowicie luźne z uchwytu baterii dopasowania tarcia, czego nie oczekiwano. Gdyby baterie całkowicie pojawiły się, urządzenie nie wykonałoby swojej podstawowej pracy. Urządzenie potrzebne do odporności na spadek, ale projekt prototypu nie odzwierciedlał tego.

Mimo że poprzedni prototyp zrobił to zadanie, miało to zrobić, było jasne, że były problemy, a aktualizacja projektowania była potrzebna.

Podsumowanie celów projektu

Podstawowe wymagania dotyczące Mister Screamer nie zmieniły zbytnio. Zadania urządzenia są:

Jeśli filament jest obecny, nic się nie dzieje.

Jeśli wybierze się filament, krzycz swoją oszukaną głowę, aby ostrzec pobliskiego operatora.

Inne elementy projektu opracowały wystarczająco dobrze, aby zachować, i pozostają głównie niezmienione:

Obudowa może być drukowana 3D

Samodzielny (bez zewnętrznej mocy ani sygnałów)

Nie wymaga modyfikacji drukarki 3D do monitorowania

Prosty elektrycznie i przy użyciu minimum łatwy do części źródeł

Długa żywotność baterii, niskie wykorzystanie mocy

Łatwy do wyłączenia podczas odpowiedzi na alarm

Lekcje z budynku i testowania pierwszego prototypu wykorzystano do dodania następujących celów projektowych:

Nie może zakłócać normalne działanie drukarki. Idealnie, drukarka nie może nawet jej zauważyć.

Urządzenie musi być wytrzymałe i odporne na spadek.

Możliwość łatwego dodawania urządzenia do żarnika druku już w toku.

Nowy prototype.

Nowy prototyp prowadzi tę samą podstawową funkcję, ale z całkowicie innym podejściem. Urządzenie jest teraz wrażliwe na orientację i wyczuwa rzeczywisty włókno tylko pośrednio. Jest tworzony, aby zawiesić łańcuchem kulkowym jak wisiorek.

Podczas gdy urządzenie się zawiesia, milczy. Jeśli upadnie, alarm brzmi, dopóki nie zostanie wybrany. Dlatego w pracy wisi pasywnie z włókna jak wisiorek lub breloczek tak długo, jak włókno podaje się do drukarki. Gdy tylko szpula żarnika zostanie opróżniona, urządzenie spada do blatu i wyzwala alarm.

Nowy system zmienia technologie. Zrobiłem z przełącznikiem rolkowym i wymieniłem go przełącznikiem trzcinowym. Wewnątrz drukowanej obudowy 3D jest nieważna, która przechwytuje mały magnes płytowy. Pustka została zaprojektowana do użycia kształtu, który utrzymuje magnes z dala od reed przełącznika podczas zawieszania z łańcucha kulowego, ale świecisz Mister Screamer na płaskiej powierzchni, a magnes usunie w pobliżu wystarczająco blisko przełącznika, aby go uruchomić.

Zaokrąglone krawędzie upewnij się, że zawsze składa się płasko po upadku.
Środek centralny M3 zgromadzimy oba połówki.
Ilustrowana operacja. Kliknij, aby powiększyć.

Chociaż wiszące pionowo z łańcucha (albo do przechowywania lub wiszące z linii włókien) urządzenie jest całkowicie obojętne i nie używa mocy. Obudowa jest tworzona z płaskimi bokami i zaokrąglonymi krawędziami, dzięki czemu urządzenie zawsze osiada do jednej strony lub drugiej, gdy spadnie.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

Wyniki

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.