VI - Changing the old extruder of my Rapman by a standard extruder (E3D V6 J-head)

Hello everyone.

A few days ago, doing maintenance to the hot-end, I broke the thermistor.

What a problem ... 200k thermistors are rare and only available online. And I was already bored of looking for alternatives for the fire cement that groups all the heating components, as well as the whole process of winding the resistance, setting, checking, etc. So I decided not to continue fighting with such an obsolete and impractical system and change it better by a standard E3D V6 J-head aluminum extruder, which is now available in the robotics stores or online stores for only US $ 6.99. All a bargain, and that allows to replace future resistance, thermistor and nozzle, quickly and with basic tools.

https://www.aliexpress.com/wholesale?catId=0&initiative_id=SB_20180428092044&SearchText=extruder+E3D+V6+J-head

Another great advantage is that when operating with 12 volts, we can reuse the original power source of the printer and connect the fans directly to the board.

The extruder is obtained in two classes: Direct and Remote (Bowden system). The one that best suits our Rapman printer is the 3mm, 12 volts Remote (Bowden) and 40w resistance, (as seen in the picture), for two reasons:

1. The "throat" that connects the heatsink and the heating block is internally coated with PTFE (high temperature nylon) to the nozzle. What guarantees that the filament does not receive much heat inside the extruder, softens and clogs at some point (which is a tragedy for all the disarmament involved).

2. The extruder has a coupling in the upper part that will allow us to adapt the whole system without many stumbles, reusing some original components of the Rapman.

As we are adapting a sophisticated extrusion system to an old equipment, it is convenient to read these two articles from the manufacturer of the extruder first because we must consider the basic indications of assembly of the new system, especially in relation to the torque that is given to the threads as well as the insulation of heat by the thermal paste:

https://wiki.e3d-online.com/E3D-v6_Assembly

https://wiki.e3d-online.com/E3D-v6_Troubleshooting

The thermistor settings in the firmware and the "PID tuning" that are mentioned will be described after assembly.

Relative size of the original extruder vs. E3D V6 Bowden

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Let's look at the steps necessary to replace the entire heating and extrusion system.

1. We must polish the triangular base of the old hot-end, to be able to place the new fan and its support, using a steel file and abrasive paper to round the edges:

2. As the new extruder consists of several pieces that are screwed together, we separate the dissipator and then reassemble it in the triangular base, as indicated below.

DO NOT FORGET: the torque in the "throat" must be soft and firm, so they do not break it. And the thermal paste is absolutely necessary in the M7 thread (the longest and widest):

Throat with threads M7 y M6

A technical detail: I also removed the top black cap -which has an internal toothed metal ring that prevents retraction of the filament-, because it can cause difficulties in printing. I kept the steel coupling (right end in the image):

The washers are not necessary, then I removed them in the final assembly.

As we can see, the hexagonal columns are short. This space must be adjusted with screws because here the fan support is placed and there should be an advantage for the assembly of the new system in the Rapman printer.

We add some longer screws (in my case, one inch) to be able to integrate the upper part of the old extruder, composed of MDF and acrylic. We take as a guide a piece of 3mm filament that we are going to slide to the nozzle, so that the reused components are aligned and we verify that everything is well assembled and compact.

THE SET CAN NOT BE FEEBLE. IT MUST RIGID.

3. I used a washer that was left over from the Rapman kit and I attached it to the MDF so that it would come into contact with the coupling and thus have a guide and not move in the assembly. We install the new extruder in the printer:

Remember the screw that drives the Z-axis endstop? (the one in the upper right part of the previous image). We must change it for another longer (3.5 - 4 inches) preferably of the same characteristics, because the new hotend is of a larger size (above, the original and below, the replacement):

To give greater rigidity to the set, and that the extruder is not tilted to the side (because there is tension in only 2 points of the base) I placed a piece of wire 20 gauge at the end where the fan goes and I stressed it against the screw "loose" until the extruder was aligned. It does not look very aesthetic but it is functional. If anyone has a more aesthetic and functional solution, welcome a technical contribution.

4. We assemble the extruder in the print carriage:

Note that the thermistor and resistance wires should be at the free end. And if we place the fan and its support, it remains like this (completely perpendicular to the printing plane):

5. And the cables, how do they join the board? It is a simple task, but it requires a lot of care. The upper ends of the cables that are in the conductor tube (gray for the resistance and violets for the thermistor) are joined with the ends of the new cables and pulled by the lower end:

If the old fan cables are inside the conductive tube, excellent. If they are not, we must slide 2 meters of filament through the tube -to serve as a guide- and join the cables at the top, then pull the filament from below (if you have to channel them, this is the moment):

Once we have the cables ready, we cut them to size, we put the connectors on the ends and connect them to the board. By having a 12 volt power source, we can connect the fans directly to the board, like this:

1. Extruder fan

2. Pololu drivers fan

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FIRMWARE

As we completely change the heating system, we must reconfigure the temperature in Marlin, placing the code that corresponds to the thermistor reference (in my case it is code 11, since it complies with the NTC 3950 standard, verify the reference with the seller and match the code in the section THERMAL SETTINGS).

Configuration.h:

 #define TEMP_SENSOR_0 11 ;(or the one that corresponds with your thermistor)

For safety, it is highly recommended to set the minimum temperature in Marlin to detect incorrect wiring:

 #define HEATER_0_MINTEMP 5

Compile and upload the corrected firmware to the Arduino board.

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PID TUNING

Turn on the printer and connect it to the computer through the port that Arduino brings.

Run on Repetier the gcode M303 to fine-tune the temperature self-tuning system that Marlin supports. For example,  M303 E0 S200 C8  where  E indicates the extruder, S the reference temperature and C the number of temperature cycles to be performed in the test.

After a few minutes, Repetier gives you some results ending with the line:

PID Autotune finished ! Place the Kp, Ki and Kd constants in the configuration.h

You can review Thomas Sanladerer's video guide for more information:

https://www.youtube.com/watch?v=APzJfYAgFkQ

My values with the NTC 3950 thermistor were:

 Kp: 13.68
 Ki: 0.78
 Kd: 59.97

You could take them as a reference to edit them in Marlin:

 #define  DEFAULT_Kp 13.68
 #define  DEFAULT_Ki 0.78
 #define  DEFAULT_Kd 59.97

Or perform the PID Tuning for your thermistor according to the described video.

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You can make the final adjustments as described in the article that we mentioned at the beginning:

https://wiki.e3d-online.com/E3D-v6_Assembly

If once the printer is cold, the temperature that appears on the screen corresponds approximately to your ambient temperature, it is almost certain that you are ready. If you have how to measure the heating temperatures for PLA and ABS, check them and do some printing tests.

Remember to first adjust the screw that drives the Z axis endstop, so you do not damage the new extruder.

The heating of this new extruder is super-fast, in seconds, it has a stable temperature curve and the impressions preserve or improve the quality that we had. If the assembly and configuration were correct, I assure you that you will not miss the old extruder.

NOTE: in my heat transfer tests on the heatsink, I found a constant temperature of 60ºC when I placed the hotend at 240ºC. I placed an additional fan on the other end of the heatsink and the temperature dropped to 45ºC. The colder the extruder is, better, thus preventing the annoying blockages of the filament.

Consider placing an additional fan by electrical bypass of the other fan or with independent wiring.

Welcome your observations.

Good luck!

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VI - Cambiando el viejo extrusor de mi Rapman por un extrusor estándar (E3D V6 J-head)

Hola a todos.

Hace unos días, haciendo mantenimiento al hot-end, se me quebró el termistor.
Qué problema... los termistores de 200k son escasos y sólo se consiguen online. Y ya estaba aburrido de buscar alternativas para el cemento (fire cement) que agrupa todos los componentes de calentamiento, así como de todo el proceso de enrollar la resistencia, fraguar, verificar, etc. Por lo que decidí no seguir peleando con un sistema tan obsoleto y poco práctico y cambiarlo mejor por un extrusor estándar E3D V6 J-head de aluminio, que ya se consigue completo en las tiendas de robótica o en las tiendas en línea por sólo US $ 6,99. Toda una ganga, y que permite reemplazar a futuro la resistencia, el termistor y la boquilla, rápidamente y con herramientas básicas.

https://www.aliexpress.com/wholesale?catId=0&initiative_id=SB_20180428092044&SearchText=extruder+E3D+V6+J-head

Otra gran ventaja es que al funcionar con 12 voltios, podemos volver a utilizar la fuente de poder original de la impresora y conectar los ventiladores directamente al board.

El extrusor se consigue de dos clases: Directo y Remoto (sistema Bowden). El que mejor se adapta a nuestra impresora Rapman es el Remoto (Bowden) de 3mm, de 12 voltios, resistencia de 40w (como se ve en la imagen), por dos motivos: 

1. La "garganta" que une el disipador y el bloque de calentamiento está revestida internamente con PTFE (nylon de alta temperatura) hasta la boquilla. Lo que garantiza que el filamento no reciba mucho calor en el interior del extrusor, se reblandezca y atasque en algún momento (lo cual es una tragedia por todo el desarme que implica).

2. El extrusor tiene un acople en la parte superior que nos va a permitir adaptar todo el sistema sin muchos tropiezos, reutilizando algunos componentes originales de la Rapman.

Como estamos adaptando un sistema sofisticado de extrusión a un equipo antiguo, es conveniente que lean primero estos dos artículos del fabricante del extrusor porque debemos considerar las indicaciones básicas de ensamble del nuevo sistema, sobre todo en lo referente al torque que se le da a las roscas y al aislamiento de calor por medio de la pasta térmica:

https://wiki.e3d-online.com/E3D-v6_Assembly

https://wiki.e3d-online.com/E3D-v6_Troubleshooting

Los ajustes del termistor en el firmware y el "PID tuning" que se mencionan los describiremos después del montaje.

Tamaño relativo del extrusor original vs. E3D V6 Bowden

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Miremos las etapas necesarias para reemplazar todo el sistema de calentamiento y extrusión.

1. Debemos pulir la base triangular del hot-end antiguo, para poder colocar el nuevo ventilador y su soporte, utilizando una lima de acero y papel abrasivo para redondear las aristas:

2. Como el nuevo extrusor se compone de varias piezas que se enroscan entre sí, separamos el disipador y luego lo volvemos a armar en la base triangular, tal como se indica más adelante.

NO OLVIDEN: el torque en la "garganta" debe ser suave y firme, para que no la rompan. Y la pasta térmica es absolutamente necesaria en la rosca M7 (la más larga y ancha):

Garganta con roscas M7 y M6

Un detalle técnico: también retiré el tapón negro superior -que tiene un anillo metálico dentado interior que impide la retracción del filamento-, porque nos puede causar dificultades en la impresión. Conservé el acople de acero (extremo derecho en la imagen):

Las arandelas no son necesarias, después las retiré en el montaje final. 

Como vemos, las columnas hexagonales quedan cortas. Este espacio se debe ajustar con unos tornillos porque aquí se coloca el soporte del ventilador y debe quedar una ventaja para el montaje del nuevo sistema en la impresora Rapman. 

Añadimos unos tornillos más largos (en mi caso, de una pulgada) para poder integrar la parte superior de viejo extrusor, compuesta por MDF y acrílico. Tomamos como guía un trozo de filamento de 3mm que vamos a deslizar hasta la boquilla, para queden alineados los componentes reutilizados y verificamos que todo quede bien ensamblado y compacto.

NO PUEDE QUEDAR ENDEBLE EL CONJUNTO. DEBE QUEDAR RÍGIDO.

3. Utilicé una arandela que sobró del kit de Rapman y la adherí al MDF para que entrara en contacto con el acople y así tenga una guía y no se mueva en el ensamble. Instalamos el nuevo extrusor en la impresora:

¿Recuerdan el tornillo que acciona el endstop del eje Z? (el que queda en la parte superior derecha de la imagen anterior). Debemos cambiarlo por otro más largo (3.5 - 4 pulgadas) preferiblemente de las mismas características, porque el nuevo hotend es de un tamaño mayor (arriba, el original y abajo, el reemplazo):

Para darle mayor rigidez al conjunto, y que el extrusor no quede inclinado hacia un lado (porque hay tensión en sólo 2 puntos de la base) le coloqué un trozo de alambre calibre 20 en el extremo donde va el ventilador y lo tensioné contra el tornillo "suelto" hasta que el extrusor quedó alineado. No se ve muy estético pero es funcional. Si alguno tiene una solución más estética y funcional, bienvenido el aporte técnico.

4. Montamos el extrusor en la carro de impresión:

Observen que los cables del termistor y la resistencia deben quedar en el extremo que va libre. Y si colocamos el ventilador y su soporte, queda así (completamente perpendicular al plano de impresión):

5. ¿Y los cables, cómo se unen al board? Es una tarea sencilla, pero requiere mucho cuidado. Se unen los extremos superiores de los cables que están en el tubo conductor (grises para la resistencia y violetas para el termistor) con los extremos de los cables nuevos y se halan por el extremo inferior:

Si los cables del ventilador antiguo están dentro del tubo conductor, excelente. Si no están, debemos deslizar 2 metros de filamento por el tubo -para que sirva de guía- y unirle los cables en la parte superior, luego se hala el filamento desde abajo (si hay que canalizarlos, éste es el momento):

Una vez tengamos los cables listos, los recortamos a medida, les colocamos los conectores en los extremos y los conectamos al board. Al tener una fuente de poder de 12 voltios, podemos conectar los ventiladores directamente al board, así:

1. Ventilador del extrusor

2. Ventilador de los drivers Pololu del board

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FIRMWARE

Como cambiamos completamente el sistema de calentamiento, debemos reconfigurar la temperatura en Marlin, colocando el código que corresponda con la referencia del termistor (en mi caso es el código 11, ya que cumple con la norma NTC 3950; verificar la referencia con el vendedor y que corresponda con el código en la sección THERMAL SETTINGS).

Configuration.h:

 #define TEMP_SENSOR_0 11 ;(o el que corresponda con tu termistor)

Por seguridad, es altamente recomendable configurar la temperatura mínima en Marlin para detectar un cableado incorrecto:


 #define HEATER_0_MINTEMP 5

Compila y sube el firmware corregido al board Arduino.

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PID TUNING


Prende la impresora y conéctala al computador a través del puerto que trae Arduino. 

Ejecuta en Repetier el gcode  M303 para afinar el sistema de autoajuste de temperatura que soporta Marlin. Por ejemplo,  M303 E0 S200 C8  donde  E indica el extrusor, S la temperatura de referencia y C la cantidad de ciclos de temperatura a realizar en la prueba.

Después de unos minutos, Repetier te arroja unos resultados finalizando con la línea:

PID Autotune finished ! Place the Kp, Ki and Kd constants in the configuration.h

Puedes revisar la guía en video de Thomas Sanladerer para mayor información:

https://www.youtube.com/watch?v=APzJfYAgFkQ

Mis valores con el termistor NTC 3950 fueron:

 Kp: 13.68
 Ki: 0.78
 Kd: 59.97

Podrías tomarlos como referencia para editarlos en Marlin:

 #define  DEFAULT_Kp 13.68
 #define  DEFAULT_Ki 0.78
 #define  DEFAULT_Kd 59.97

O realizar el PID Tuning para tu termistor de acuerdo con el video descrito.

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Puedes hacer los ajustes finales tal como se describe en el artículo que ya mencionamos al principio:

https://wiki.e3d-online.com/E3D-v6_Assembly

Si una vez fría la impresora, la temperatura que aparece en pantalla corresponde aproximadamente con tu temperatura ambiente, es casi seguro que ya estás listo. Si tienes cómo medir las temperaturas de calentamiento para PLA y ABS, verifícalas y haz unas pruebas de impresión.

Recuerda primero ajustar el tornillo que acciona el endstop del eje Z, para que no dañes el nuevo extrusor.

El calentamiento de este nuevo extrusor es super-rápido, en segundos, tiene un curva de temperatura estable y las impresiones conservan o mejoran la calidad que tenían. Si el ensamble y configuración fueron correctos, les aseguro que no extrañarán el extrusor antiguo.

NOTA: en mis pruebas de transmisión del calor en el disipador, encontré una temperatura constante de 60ºC cuando coloqué el hotend a 240ºC. Coloqué un ventilador adicional al otro extremo del disipador y la temperatura bajó a 45ºC. Mientras más frío esté el extrusor, mejor, así se previenen los molestos bloqueos del filamento.

Considera colocar un ventilador adicional por derivación eléctrica del otro ventilador o con cableado independiente.

Bienvenidas sus observaciones.

¡Buena suerte!

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V - Change X - Y axis belts and steps correction in the firmware.

In recent days, I noticed that the belts of the X and Y axes were crystallized.

After looking at the local offer (in Colombia) I found that the GT2 belts - which are available here for use in robotics - were practically the same.

But after placing them, I found that they did not seem to fit precisely because as they moved a certain distance the pulleys jumped a tooth.

Looking closely I noticed that they had a small difference in tooth spacing from the original Rapman (top, original belt; lower, new belt):

Oh, problem. And they only got that way.

I then decided to replace the pulleys as well, because the salesman assured me that they fit perfectly with the new belts.

And certainly the 20-tooth pulleys fit perfectly, just that by researching a little on the internet and in the Rapman's construction manual, I found that the original pulleys only have 18 teeth.

It was then apparent that there would be an appreciable dimensional difference in the prints, because the path traveled would be different (18° of rotation of the new pulley for each tooth, vs 20° of rotation in the original pulley).

Then, I discovered the "Prusa Calculator":  www.prusaprinters.org/calculator, which allows to calculate the steps x mm in the routes of the belts in function of some already known variables of the motors and the "microstepping "of the Polulu drivers. 

Thus the result of the steps x mm is as follow:

That value of 81.22 must be changed in the Marlin firmware we edited, on line 483, so that the print is dimensionally correct:

If you are going to change belts, I suggest that they verify the measurements very well, to make the adjustments that are necessary and not to have surprises in the print.

Good luck!

V - Cambio correas de los ejes X - Y, y corrección steps en el firmware.

En días pasados, noté que las correas de los ejes X y Y estaban cristalizadas.

Después de mirar la oferta local (en Colombia) encontré que las correas GT2 -que aquí se consiguen para uso en robótica- eran prácticamente iguales. 

Pero después de colocarlas, encontré que parecía que no ajustaban de manera precisa porque al avanzar una cierta distancia las poleas se saltaban un diente.

Observando con detalle noté que tenían una pequeña diferencia en la separación entre dientes, con respecto a las originales de la impresora Rapman (superior, correa original; inferior, correa nueva):

Oh, problema. Y sólo se conseguían así.

Decidí entonces reemplazar también las poleas, porque el vendedor me aseguró que ajustaban perfecto con las correas nuevas.

Y ciertamente las poleas de 20 dientes ajustan perfecto, sólo que investigando un poco en internet y en el manual de construcción de la Rapman, encontré que las poleas originales sólo tienen 18 dientes.

Quedaba a la vista entonces que habría una diferencia dimensional apreciable en las impresiones, porque el trayecto recorrido sería diferente (18º de giro de la polea nueva por cada diente, vs 20º de giro en la polea original).

Entonces, descubrí el "Prusa Calculator":  www.prusaprinters.org/calculator, que permite calcular los steps x mm en los recorridos de las correas en función de algunas variables ya conocidas de los motores y el "microstepping" de los drivers Polulu. Así el resultado de los steps x mm, es el siguiente:

Ese valor de 81.22 se debe cambiar en el firmware Marlin que editamos, en la línea 483, para que la impresión sea dimensionalmente correcta:

Si van a cambiar correas, sugiero que verifiquen muy bien las medidas, para hacer los ajustes que sean necesarios y no tener sorpresas en la impresión.

Buena suerte!