Titan-Bowden-Extruder (A8, AM8, i3) by HardyP

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Animation der Montage --> https://youtu.be/a3HzwQrNAPwExtruder bei der Arbeit --> https://youtu.be/aUU559Xew_A
Folgende Library werden verwendet:
Nut_Job.scad ---> Thingiverse 193647 - NUT JOB | Nut, Bolt, Washer and Threaded Rod Factory
Allgemein
Zwei Jahre lang habe ich den originalen Extruder des ANET A8 verwendet. Immer, wenn ich ihn mal wieder auseinanderbauen musste, dachte ich: "Da muss ich mal was anderes machen!" Besondere Probleme entstanden immer beim Wechsel von PETG auf PLA und umgekehrt.

Zunächst mal die Analyse meiner Anforderungen:
 --> Ich drucke ausschließlich Mit PETG- und PLA-Filament, möchte aber auch gerne TPU-Filament verwenden.
 --> Durch meinen AM8 ist die maximale Druckgeschwindigkeit auf 80mm/s begrenzt, mormalerweise drucke ich mit 60mm/s.
 --> Ich drucke zZt. ausschliesslich mit einer 0.4mm Nozzle, für feinere Details würde ich aber auch gerne mit einer zB 0.2mm Nozzle drucken.
 --> Da die Druckgeschwindigkeit limitiert ist, würde ich gerne für großvolumige Drucke ein Hotend mit Volcano verwenden.
Als für mich optimale Lösung sehe ich in einem Bowden-Extruder, und die schnelle Tauschbarkeit unterschiedlicher Hotends an dem X-Carrier. Anfangs habe ich versucht die Hotends mit Magneten an dem X-Carrier zu arritieren, das hat sich bei meinen Versuchen allerdings nicht bewährt. Nun schraube ich das entsprechende Hotend ganz simpel mit vier M3-Schrauben an dem X-Carrier fest, wobei dort die entsprechenden Muttern fest eingelegt sind.
Dieses Verfahren hat sich inzwischen bei mir sehr gut bewährt, ein Wechsel dauert etwa 5 Minuten, inklusive Filament-Wechsel. Vor dem Wechsel eines Hotends führe ich einen Z-Home in der Mitte des Druckbettes durch. Dadurch wird das neue Hotend in genau der gleichen Höhe wie das alte montiert, und man kann anschließend ohne eine Justiereung eine Druck mit dem gewechselten Hotend beginnen.

Als Hotends habe ich das E3D-Lite6 ausgewählt:
 --> Es ist erheblich preisgünstiger als ein Vollmetall-Hotend.
 --> Da das PTFE durch den Kühlkörper bis an die Nozzle reicht, gibt es weniger Probleme mit PLA im Hotend.
 --> Der Nachteil der geringeren Schmelzleistung, wirkt sich bei der maximalen Druckgeschwindigkeit meines AM8 nicht nachteilig aus. 80mm/s bei 0.2mm Schichthöhe können meine Lite6 alle.
Als Extruder habe ich den E3D-Titan ausgewählt:
 --> Preislich noch tragbar
 --> Mit Pancake-Steppermotor sehr leicht (Direct-Extruder für TPU)
 --> Ich wollte gerne in der Systemfamilie von E3D bleiben
Auf der RAMPS 1.4 meines AM8 habe ich 2 Steppertreiber für Extruder, davon habe ich einen für den Bowden-Extruder verwendet, die Anschlüsse des anderen sind zum X-Carrier, für die Verwendung als Direct-Extruder, geführt. Außerdem sind sowohl zum Bowden-Extruder als auch zum Direct-Extruder Signalleitungen für einen RunOut-Sensor geführt.

Meine derzeitige Anzahl von Wechsel-Hotends:
 --> 0.4mm Nozzle für PETG (Bowden)
 --> 0.4mm Nozzle für PLA (Bowden)
 --> 0.25mm Nozzle für PLA (Bowden)
 --> 0.4mm Nozzle für TPU (Direct)
 --> 0.6mm Volcano Nozzle für PLA (Bowden) - in Planung

Da dieses Projekt einen recht großen Umfang hat, habe ich es in 5 Veröffentlicheungen aufgeteilt:
 --> Titan-Bowden-Extruder (A8, AM8, i3)
 --> X-Carrier (A8, AM8, i3)
 --> Lite6-Bowden-Hotend
 --> Lite6-Titan-Direct-Extruder
 --> RunOut-Sensor
Titan-Bowden-Extruder (A8, AM8, i3)
Ich habe den Bowden-Extruder auf der rechten Seite der Z-Achse montiert. Da auf der linken Seite der Z-Achse der Steppermotor für die X-Achse montiert ist, und das Gewicht von X-Steppermotor und Bowden-Extruder in etwa gleich ist, haben nun beide Seiten der Z-Achse die gleiche Belastung. Das hat bei mir zu einem viel besseren Gleichlauf der Z-Achse geführt.
Der Bowden-Extruder wird auf die Wellen der X-Achse geklemmt. Damit dabei nicht der Gleichlauf des X-Carrier gestört wird, ist die untere Klemmung des Bowden-Extruder-Trägers als Langloch ausgeführt. Bei der Montage sollte erst die Klemmung an der oberen X-Welle erfolgen, danach die Klemmung an der unteren X-Welle. Auf jeden Fall ist der Gleichlauf des X-Carrier zu überprüfen, wird auch nur die geringste Behinderung festgestellt, muss eine Korrektur erfolgen. Auf jeden Fall muss bei der Montage mit Feingefühl vorgegangen werden.
Nach der Montage des Trägers werden Steppermotor und Titan-Extruder angeschraubt.
Ich habe den 0.9°-Steppermotor mit 40mm Länge von E3D verbaut. Für den Titan Extruder benötigt man einen 1.75mm Bowden-Adapter. Außerdem ist ein E3D-Collet erforderlich, mit dem der PTFE-Bowdenschlauch in dem Bowden-Adapter festgeklemmt wird. Alles ist als Set von E3D erhältlich.
Bei meinem AM8 ist die Halterung der Filament-Spule oben am Drucker montiert. Da in den Bowden-Extruder das Filament aber von unten eingeführt wird, muss es um 180° umgelenkt werden. Um das zu erreichen, kann ein Filament-Guide an dem Extruder-Träger montiert werden. Dabei wird das Filament-Guide in zwei Befestigungslöcher des Trägers verklemmt. Bei den Klemmungen des PTFE-Bowdenschlauch am Filament-Guide kann man zwischen drei Versionen wählen: P4M6-PushFit, E3D-Collet oder 6mm-Collet. Ich benutze gerne die 6mm-Collet, da bei deren Verwendung der PTFE-Bowdenschlauch ohne Unterbrechnung durch das Filament-Guide geführt wird. Bei der Verwendung von PushFit wird der PTFE-Bowdenschlauch 2mal unterbrochen. Hier muss ein kurzes Stück PTFE zwischen die beiden PushFit vor der Verschraubung eingesetzt werden.

Bei einem Anet A8 oder einem AM8 (Durchmesser der X-Wellen = 8mm, Abstand der X-Wellen = 46mm) können folgende beigefügte STL-Dateien direkt verwendet werden:
 --> hpExtruder1.stl
 --> hpExtruder2.stl
 --> hpFilamentGuideCollet6mm.stl oder hpFilamentGuideColletE3D.stl oder hpFilamentGuidePushFit.stl
Für einen anderen Durchmesser oder Abstand der X-Wellen müssen andere STL-Dateien mit der beigefügten OpenSCAD-Datei (hpTitanBowden.scad) erzeugt werden. Beide Werte können dort in Grenzen verändert werden.
Ich verwende Marlin 2 auf meinem AM8, folgende Werte habe ich dort für den Bowden-Extruder eingetragen:
Configuration.h
define EXTRUDE_MAXLENGTH 700
define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT { 100, 100, 400, 790 }
define DEFAULT_MAX_FEEDRATE { 250, 250, 6, 30 }
define DEFAULT_MAX_ACCELERATION { 3000, 3000, 100, 10000 }
Configuration_adv.h
ADVANCED_PAUSE_FEATURE
define PAUSE_PARK_RETRACT_FEEDRATE 30
define PAUSE_PARK_RETRACT_LENGTH 2
define FILAMENT_CHANGE_UNLOAD_FEEDRATE 15
define FILAMENT_CHANGE_UNLOAD_ACCEL 25
define FILAMENT_CHANGE_UNLOAD_LENGTH 600
define FILAMENT_CHANGE_SLOW_LOAD_FEEDRATE 6
define FILAMENT_CHANGE_SLOW_LOAD_LENGTH 60
define FILAMENT_CHANGE_FAST_LOAD_FEEDRATE 15
define FILAMENT_CHANGE_FAST_LOAD_ACCEL 25
define FILAMENT_CHANGE_FAST_LOAD_LENGTH 530
define ADVANCED_PAUSE_CONTINUOUS_PURGE
define ADVANCED_PAUSE_PURGE_FEEDRATE 6
define ADVANCED_PAUSE_PURGE_LENGTH 40
define ADVANCED_PAUSE_RESUME_PRIME 0
define FILAMENT_UNLOAD_PURGE_DELAY 5000
define FILAMENT_UNLOAD_PURGE_LENGTH 8
define FILAMENT_UNLOAD_PURGE_FEEDRATE 25
define PAUSE_PARK_NOZZLE_TIMEOUT 420
define FILAMENT_CHANGE_ALERT_BEEPS 10
define PAUSE_PARK_NO_STEPPER_TIMEOUT
define FILAMENT_LOAD_UNLOAD_GCODES
define FILAMENT_UNLOAD_ALL_EXTRUDERS
STEPS_PER_UNIT muss auf jeden Fall per Kalibration ermittelt werden, es gibt dazu sehr gute Anleitungen im Netz.
Mit diesen Einstellungen funktioniert bei mir das Laden und Entladen des Filaments sehr gut.
Für PLA habe ich einen Retract von 2mm bei 30mm/s , bei PETG habe ich 4mm bei 30mm/s eingestellt.
Bei einem gelungen Druck würde ich mich über einen Like sehr freuen!
Gruß Hardy
Animation of assembly --> https://youtu.be/a3HzwQrNAPwExtruder at work --> https://youtu.be/aUU559Xew_A
The following library is used:
Nut_Job.scad ---> Thingiverse 193647 - NUT JOB | Nut, Bolt, Washer and Threaded Rod Factory
General
For two years I used the original extruder of the ANET A8. Every time I had to disassemble it, I thought, "I've got to do something different with that!" Particular problems always arose when switching from PETG to PLA and TPU.

First, let's analyze my requirements:
 --> I print exclusively with PETG and PLA filament, but would also like to use TPU filament.
 --> Due to my AM8, the maximum print speed is limited to 80mm/s, normally I print at 60mm/s.
 --> I currently print exclusively with a 0.4mm nozzle, but for finer details I would also like to print with a 0.2mm nozzle.
 --> Since the print speed is limited, I would like to use a hotend with Volcano for large volume prints.
For me, the optimal solution is a Bowden extruder, and the quick exchangeability of different hotends on the X-Carrier. At the beginning I tried to arrange the hotends with magnets on the X-Carrier, but this did not prove successful in my tests. Now I simply screw the corresponding hotend to the X-carrier with four M3 screws, where the corresponding nuts are firmly inserted.
This procedure has proven itself very well in the meantime, a change takes about 5 minutes, including filament change. Before changing a hotend, I perform a Z-Home in the center of the print bed. This mounts the new hotend at exactly the same height as the old one, and you can then start a print with the changed hotend without an adjustment.

The hotend I chose was the E3D-Lite6:
 --> It is considerably less expensive than a full metal hotend.
 --> Since the PTFE extends through the heat sink to the nozzle, there are fewer problems with PLA in the hotend.
 --> The disadvantage of the lower melt rate, does not have a negative effect on the maximum print speed of my AM8. My Lite6 can all do 80mm/s at 0.2mm layer height.

As extruder I have chosen the E3D-Titan:
 --> Still affordable in price
 --> Very light with pancake stepper motor (direct extruder for TPU)
 --> I liked to stay in the system family of E3D
On the RAMPS 1.4 of my AM8 I have 2 stepper drivers for extruders, of which I used one for the Bowden extruder, the connections of the other are to the X-carrier, for use as a direct extruder. Also, signal lines for a RunOut sensor are routed to both the Bowden extruder and the Direct extruder.

My current number of interchangeable hotends:
 --> 0.4mm Nozzle for PETG (Bowden)
 --> 0.4mm Nozzle for PLA (Bowden)
 --> 0.25mm Nozzle for PLA (Bowden)
 --> 0.4mm Nozzle for TPU (Direct)
 --> 0.6mm Volcano Nozzle for PLA (Bowden) - in planning
Since this project has quite a large scope, I have split it into 5 releases:

 --> titan bowden extruder (A8, AM8, i3)
 --> X-Carrier (A8, AM8, i3)
 --> lite6-bowden hot end
 --> lite6 titan direct extruder
 --> RunOut sensor
Bowden Extruder (A8, AM8, i3)
I mounted the Bowden extruder on the right side of the Z-axis. Since the left side of the Z-axis has the stepper motor for the X-axis mounted on it, and the weight of the X-stepper motor and Bowden extruder are about the same, both sides of the Z-axis now have the same load. This has resulted in much better Z-axis synchronization for me.
The Bowden extruder is clamped onto the shafts of the X-axis. To avoid disturbing the synchronization of the X-carrier, the lower clamping of the Bowden extruder carrier is designed as an oblong hole. When mounting, the clamping on the upper X-shaft should be done first, followed by the clamping on the lower X-shaft. In any case, the synchronization of the X-carrier must be checked; if even the slightest obstruction is detected, a correction must be made. In any case, the assembly must be carried out with sensitivity.
After mounting the carrier, the stepper motor and titan extruder are screwed on.
I used the 0.9° stepper motor with 40mm length from E3D. For the titan extruder you need a 1.75mm Bowden adapter. You also need an E3D collet to clamp the PTFE Bowden tube into the Bowden adapter. Everything is available as a kit from E3D.
On my AM8, the filament spool holder is mounted at the top of the printer. However, since the filament is fed into the Bowden extruder from below, it must be deflected 180°. To achieve this, a filament guide can be mounted on the extruder support. The filament guide is clamped in two mounting holes of the carrier. There is a choice of three versions for clamping the PTFE bowden tube to the filament guide: P4M6-PushFit, E3D-Collet or 6mm-Collet. I like to use the 6mm-Collet because when using it, the PTFE bowden tube is guided through the filament guide without interruption. When using PushFit, the PTFE bowden tube is interrupted 2 times. In this case, a short piece of PTFE must be inserted between the two PushFit before screwing.

For an Anet A8 or an AM8 (diameter of the X-shafts = 8mm, distance of the X-shafts = 46mm) the following attached STL files can be used directly:
 --> hpExtruder1.stl
 --> hpExtruder2.stl
 --> hpFilamentGuideCollet6mm.stl or hpFilamentGuideColletE3D.stl or hpFilamentGuidePushFit.stl
For a different diameter or distance of the X-waves, other STL files have to be created with the attached OpenSCAD file (hpTitanBowden.scad). Both values can be changed there within limits.
I use Marlin 2 on my AM8, the following values I entered there for the Bowden extruder:
Configuration.h
define EXTRUDE_MAXLENGTH 700
define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT { 100, 100, 400, 790 }
define DEFAULT_MAX_FEEDRATE { 250, 250, 6, 30 }
define DEFAULT_MAX_ACCELERATION { 3000, 3000, 100, 10000 }
Configuration_adv.h
ADVANCED_PAUSE_FEATURE
define PAUSE_PARK_RETRACT_FEEDRATE 30
define PAUSE_PARK_RETRACT_LENGTH 2
define FILAMENT_CHANGE_UNLOAD_FEEDRATE 15
define FILAMENT_CHANGE_UNLOAD_ACCEL 25
define FILAMENT_CHANGE_UNLOAD_LENGTH 600
define FILAMENT_CHANGE_SLOW_LOAD_FEEDRATE 6
define FILAMENT_CHANGE_SLOW_LOAD_LENGTH 60
define FILAMENT_CHANGE_FAST_LOAD_FEEDRATE 15
define FILAMENT_CHANGE_FAST_LOAD_ACCEL 25
define FILAMENT_CHANGE_FAST_LOAD_LENGTH 530
define ADVANCED_PAUSE_CONTINUOUS_PURGE
define ADVANCED_PAUSE_PURGE_FEEDRATE 6
define ADVANCED_PAUSE_PURGE_LENGTH 40
define ADVANCED_PAUSE_RESUME_PRIME 0
define FILAMENT_UNLOAD_PURGE_DELAY 5000
define FILAMENT_UNLOAD_PURGE_LENGTH 8
define FILAMENT_UNLOAD_PURGE_FEEDRATE 25
define PAUSE_PARK_NOZZLE_TIMEOUT 420
define FILAMENT_CHANGE_ALERT_BEEPS 10
define PAUSE_PARK_NO_STEPPER_TIMEOUT
define FILAMENT_LOAD_UNLOAD_GCODES
define FILAMENT_UNLOAD_ALL_EXTRUDERS
STEPS_PER_UNIT must be determined in any case by calibration, there are very good instructions on the net.
With these settings, the loading and unloading of the filament works very well for me.
For PLA I have a retract of 2mm at 30mm/s , for PETG I have set 4mm at 30mm/s .
In case of a successful print I would be very happy about a Like!
Greetings Hardy