Vorteile - Nachteile - Katalog |
|
|
|
|
(1) Elektronik |
|
|
|
|
|
Teilfunktion
1A: Systemspannung |
|
|
|
1A.1 -
12V |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
viele
Peripheriegeräte für 12V |
TMC-Treiber
"pfeifen" teilweilse bei Betrieb mit 12V |
3S -
Li-Io-Akku weit verbreitet |
höhere Ströme bei
gleicher Leistung als bei 24V |
z.B.
Langzeitbetrieb über Autobatterie möglich |
stärkerer
Drehmomentabfall bei hohen Drehzahlen |
|
|
1A.2 -
24V |
|
|
|
umgekehrt
wie bei 12V |
|
|
|
|
|
|
|
Teilfunktion
1B: Spannungsversorgung |
|
|
|
1B.1 -
Netzteil |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
Zeitunabhängiger
Betrieb möglich |
Netzspannung wird
für Betrieb benötigt |
evtl.
weniger Gewicht als Akkus |
Unsauberkeiten in
der Versorgungsspannung können Betrieb beeinflussen |
konstante
Spannung vorhanden |
|
günstig |
|
kein
Ladegerät notwendig |
|
|
|
1B.2 -
Lithium-Akkus (18650) (+ DC/DC) |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
hohe
Zyklenfestigkeit |
DC/DC-Wandler für
konstante Spannung notwendig |
kein
Memory-Effekt |
evtl.
Sicherheritsrisiko -> LiFePo? |
hohe
Stromabgabe möglich |
Notwendigkeit
eines Balancers (im Ladegerät oder im Akku) |
höhere
Leistungsdichte als Bleiakku |
teuer |
|
aufwendiges
Ladeverfahren (CC/CV) evtl. mit Balancing |
|
|
1B.3 -
Bleiakku |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
hohe
Kapazität |
DC/DC-Wandler für
konstante Spannung notwendig |
günstiger
als Li-Io |
hohes Gewicht |
kein
Balancer notwendig |
große
Abmessungen, nicht so gut konfigurierbar wie Einzelzellen |
12V- und
24V- Akkus fertig vorhanden |
|
keine
Feuergefahr |
|
einfaches
Ladeverfahren (CV) |
|
|
|
1B.4 -
Modular (Buchse zur Spannungsversorgung) |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
"Best
of both worlds" |
Akku / Netzteil
nicht gut ins System integrierbar |
|
|
|
|
Teilfunktion
1C: Microcontroller |
|
|
|
1C.1 -
Arduino Uno |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
klein |
wenig
Rechenleistung |
günstig |
Repetier FW V2.0
nicht für UNO vorhanden |
UNO-CNC-Shield
vorhanden |
wenige Pins (14
GPIO) |
|
wenig Speicher
(Flash-32 KB, 2kB SRAM, EEPROM-1KB) |
|
16 MHz clock
speed |
|
8 Bit |
|
|
1C.2 -
Arduino Mega |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
viele Pins
(54 GPIO) |
Repetier FW V2.0
nicht für MEGA vorhanden |
256kB
Flash, 8kB SRAM und 4kB EEPROM |
8 Bit |
RAMPS-Shield
vorhanden |
16 MHz clock
speed |
|
|
1C.3 -
Arduino Due |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
32
Bit |
kein EEPROM |
viele Pins
(54 GPIO) |
(3,3V-basiert) |
512 kB
Flash, 96kB SRAM |
|
84 MHz
clock speed |
|
Repetier
FW 2.0 vorhanden |
|
|
|
1C.4 -
ESP32 |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
448kB ROM,
520kB SRAM, Flash-Speicher extern |
Repetier FW V2.0
nicht für ESP32 vorhanden |
34 GPIO |
(3,3V-basiert) |
240 MHz
clock speed |
|
32 Bit |
|
|
|
Teilfunktion
1D: Shield |
|
|
|
abhängig
vom uC |
|
|
|
Teilfunktion
1E: Schrittmotortreiber |
|
|
|
Siehe
Tabelle 3 |
|
|
|
Teilfunktion
1F: kühlung Schrittmotortreiber |
|
|
|
1F.1 -
passiv |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
günstig |
wenig
Kühlleistung |
leise |
|
Wartungsfrei |
|
geringer
Platzbedarf |
|
|
|
1F.2 -
Lüfter |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
günstig |
evtl. laut |
gute
Kühlleistung |
|
geringer
Platzbedarf |
|
relativ
günstig |
|
|
|
1F.3 -
Flüssigkühlung |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
leise |
teuer |
sehr gute
Kühlleistung |
komplizierte
Implementierung |
|
Risiko eines
Lecks |
|
hoher Platzbedarf |
|
|
Teilfunktion
1G: Endstops |
|
|
|
1G.1 -
optisch (Lichtschranke) |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
kontaktlos |
"Trigger"
notwendig - Schwierige Umsetzung am Riemen |
sehr genau |
|
günstig |
|
|
|
1G.2 -
Hallsensor |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
kontaktlos |
"Trigger"
notwendig |
sehr genau |
anfällig für
magnetische Störungen |
feintuning
über Poti |
|
|
|
1G.3 -
Taster |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
günstig |
nicht kontaktlos |
einfache
Umsetzung |
|
|
|
1G.4 -
über Schrittmotortreiber |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
keine
zusätzlichen Kosten |
implementierung
in Software teilweise nicht vorhanden |
keine
zusätzlichen Bauteile |
Geometrie muss
auf Homing durch Kollision ausgerichtet werden |
verschleißfrei |
spezielle Treiber
notwendig |
weniger
Kabel |
|
Auslagerung
der Mechanik zu Software und Elektronik |
|
|
|
|
|
|
|
(2) Mechanik |
|
|
|
Teilfunktion
2A: Motoren |
|
|
|
2A.1 -
DC-Motor mit Encoder (Servoantrieb) |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
Positions-
Geschwindigkeits- und Momentenregelung möglich |
Regelungselektronik
notwendig |
hohe
Lasten möglich |
|
|
|
2A.2 -
Schrittmotor |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
weit
verbreitet |
keine Positions-
Geschwindigkeits- und Momentenregelung möglich |
direkt
kompatibel mit Repetier FW |
|
keine
Regelungselektronik notwendig |
|
einfache
Ansteuerung |
|
Treiber
kompatibel mit vorhandener HW |
|
|
|
2A.3
-Schrittmotor + Encoder |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
"best
of both worlds" |
Preis |
|
ansteuerung |
|
|
Teilfunktion
2B: Motorgröße |
|
|
|
2B.1 -
NEMA 14 |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
sehr
leicht |
wenig Drehmoment |
kompakte
Bauweise |
|
|
|
2B.2 -
NEMA 17 |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
leicht |
ausreichend (?)
Drehmoment |
relativ
kompakte Bauweise |
|
|
|
2B.2 -
NEMA 23 |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
sehr viel
Drehmoment |
hohes Gewicht |
|
große abmessungen |
|
|
Teilfunktion
2C: Anzahl der Motoren |
|
|
|
2C.1 - 2
Stück |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
einfacher
Aufbau |
Seilspannung über
Schwerkraft oder Federsysteme -> Schwingen |
niedriger
Preis |
nur in der
Vertikale praktikabel |
fertige
SW-lösungen vorhanden |
|
|
|
2C.2 - 3
Stück |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
kann auch
in der schräge/horizontale betrieben werden |
nicht alle Ecken
anfahrbar, kleiner Arbeitsbereich zur Maschinengröße |
Seilspannung
über Motoren einstellbar |
hohe Belastung in
den Randbereichen der Arbeitsfläche |
günstiger
als 4-Motor-Lösung |
|
kein
Überbestimmtes System |
|
|
|
2C.3 - 4
Stück |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
kann auch
in der schräge/horizontale betrieben werden |
überbestimmtes
System |
Seilspannung
über Motoren einstellbar |
keine SW-Lösung
vorhanden |
alle Ecken anfahrbar, großer Arbeitsbereich
zur Maschinengröße |
|
ggfs.
Drehung der Gondel möglich |
|
|
|
|
|
Teilfunktion
2D: Einstellung der Seilspannung |
|
|
|
2D.1 -
Gondelgewicht / Schwerkraft |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
einfacher
Aufbau |
Schwerkraftabhängig |
kein
Überbestimmtes system |
Gondel kann frei
schwingen, nur langsamer Druck möglich |
Seilspannung
kann über Gewichte einfach eingestellt werden |
kann nur zum
Druck an Wänden benutzt werden |
|
|
2D.2 - 2
Gewichte an Seilen + Umlenkung |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
größerer
Arbeitsbereich |
kann nur zum
Druck an Wänden benutzt werden |
nur 2
aktiv getriebene motoren notwendig |
größeres Baumaß
durch hängende Gewichte |
Schwingen
der Gondel wird eingeschränkt (vgl. mit 2D.1) |
|
Seilspannung
kann über Gewichte einfach eingestellt werden |
|
|
|
|
|
|
|
2D.3 -
Federseilspanner |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
kompakte
Bauweise |
nichtlineare
Kennlinie der Federspanner |
Schwingen
der Gondel wird eingeschränkt (vgl. mit 2D.1) |
|
Seilspannung
kann über Federkraft einfach eingestellt werden |
|
|
|
|
|
|
|
Teilfunktion
2E: Messung der Seilspannung |
|
|
|
2E.1 -
Augenmaß |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
günstig |
stark
Anwenderabhängig |
einfach |
nicht
reproduzierbar |
|
|
|
|
2E.2 -
Wägezelle |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
reproduzierbar |
zusätzliche
Bauteile |
relativ
günstig |
zusätzliches
gewicht |
|
anbringung
Wägezelle? |
|
|
2E.3 -
akustisch (Stimmgerät o.ä.) |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
kontaktlos |
gemessene
Frequenz abhängig von Riemenspannung und -Länge |
keine
zusätzlichen Bauteile an der Maschine |
|
ein
Messgerät für alle Riemen nutzbar |
|
keine
Änderung des Messverfahrens bei anderem Aufbau notwendig |
|
einfach |
|
genau |
|
|
|
|
|
Teilfunktion
2F: Typ Wägezelle |
|
|
|
F.1 - |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
|
|
|
|
Teilfunktion
2G: Art der Seilförderung |
|
|
|
2G.1 -
Riemenscheibe |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
einfache
Kinematik |
loses Riemenende? |
definierte
Bewegung des Riemens |
|
kleine
Riemenscheibe verwendbar |
|
|
|
2G.2 -
Winde |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
einfacher
Aufbau |
komplizierte
Kinematik |
kein loses
Riemenende |
oder nur dünnse
Seile |
notwendigkeit
einer relativ großen Winde |
|
|
|
|
|
2G.3 -
Linearaktuator |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
ggfs. Sehr
schnell |
hoher Platzbedarf |
weglänge
gut messbar |
schlecht
skalierbar |
|
mehr bewegte
Masse |
|
|
2G.2 -
verdrillung der Seile |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
einfach |
komplexe
Kinematik |
|
nur sehr kleine
bewegungen möglich |
|
|
|
|
Teilfunktion
2H: Typ Seil/Riemen |
|
|
|
2H.1 -
"Perlenkette" + Riemenscheibe |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
günstig |
Dehnung? |
leicht |
große
Riemenscheiben |
|
Reißfestigkeit? |
|
Passung
Kette/Riemenscheibe? |
|
evtl
"Kabelsalat" |
|
|
2H.2 -
GT2-Riemen + Riemenscheibe |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
Normteile |
aufwickeln
Riemenende? |
viele
versch. Riemen erhältlich |
|
skalierbar |
|
leicht |
|
Dehnungssteif |
|
kaum
"Kabelsalat" |
|
|
|
2H.3 -
Angelschnur+Winde |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
sehr
leichtes Seil |
elastisch |
sehr
kleiner Seilquerschnitt |
evtl
"Kabelsalat" |
verschiedene
Schnüre erhältlich |
nur mit Winde
verwendbar |
|
|
|
|
2H.4 -
Stoffriemen + Winde |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
günstig |
Dehnung? |
im
Baumarkt erhältlich |
Gewicht |
|
muss
"übereinander" gewickelt werden -> komplizierte Kinematik |
|
|
|
|
|
|
2H.5 -
Drahtseil + Winde |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
Normseile |
Gewicht Drahtseil |
dehnungssteif |
muss
"übereinander" gewickelt werden -> komplizierte Kinematik |
Skalierbar |
kleine
Biegeradien evtl schwierig |
evtl.
Dehnungsmessung über el. Widerstand |
|
|
|
|
|
Teilfunktion
2I: Anzahl Riemen pro Motor |
|
|
|
2I.1 -
einer |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
einfacher
aufbau |
Schwingen/durchhängen
in Z-Richtung? |
ausreichende
Denungssteifigkeit |
|
|
|
2I.2 -
zwei |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
umgekehrt
wie bei (1) |
|
|
|
Teilfunktion
2J: Breite GT2-Riemen |
|
|
|
experimentelle
Ermittlung der notwendigen Breite |
|
|
|
|
|
|
|
Teilfunktion
2K: Befestigung Motormodule |
|
|
|
anwendungsbezogen,
idealerweise modular |
|
|
|
|
|
Teilfunktion
2L: loses Riemenende |
|
|
|
2L.1 -
Federspanner (aufwickeln) |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
kompakt |
keine fertige
Lösung vorhanden |
kein
Kabelsalat, auch bei Versatuung der Maschine |
feste max.
Riemenlänge |
|
teurer |
|
|
2L.2 -
Gewicht dran hängen |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
einfach |
platzintensiv |
konstante
Kraft |
evtl Kabelsalat,
vor Allem bei Verstauung der Maschine |
günstig |
Gewicht muss nach
unten hängen können |
|
|
|
|
|
|
2L.3 -
Kettensack |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
günstig |
hohes Risiko auf
Kabelsalat |
einfach |
|
kompakt |
|
|
|
|
|
|
|
(3) Gondel |
|
|
|
Teilfunktion
3A: Absenkung Stift |
|
|
|
3A.1 -
Servo |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
günstig |
ansteuerung,
implementierung |
leicht |
|
position
regelbar |
|
viele
Bauformen und größen erhältlich |
|
drehgeschwindigkeit
regelbar |
|
kompakt |
|
|
|
|
|
|
|
3A.2 -
Schrittmotor |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
günstig |
Gewicht |
position
regelbar |
Größe |
viele
Bauformen und größen erhältlich |
Ansteuerung,
externer Treiber |
drehgeschwindigkeit
regelbar |
teuer |
Anpressdruck
theoretisch messbar |
|
|
|
3A.3 -
Magnetaktuator |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
einfache
Ansteuerung |
Ruck |
günstig |
nicht
positionsregelbar |
|
nicht
Geschwindigkeitsregelbar |
|
|
|
|
|
|
|
|
Teilfunktion
3B: Material der Gondel |
|
|
|
3B.1 -
Carbon |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
biegesteif |
komplizierte
Bearbeitung |
leicht |
teuer |
Aussehen |
Plattenmaterial |
|
|
|
|
|
|
3B.2 -
Acryl |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
relativ
leicht |
Plattenmaterial |
relativ
biegesteif |
|
relativ
günstig |
|
einfache
Bearbeitung |
|
Aussehen |
|
|
|
3B.3 -
3D-Druck |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
einfache
Herstellung |
aussehen (?) |
güntig |
|
freie
Geometrie |
|
relativ
leicht |
|
je nach
Material sehr biegesteif |
|
|
|
Teilfunktion
3C: Anzahl der Stifte |
|
|
|
Mehrere
Stifte |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
mehrfarbiger
Druck |
höherer
Konstruktionsaufwand |
verschiedene
Linienbreiten möglich -> schneller Druck |
kalibrierung
notwendig |
|
höheres Gewicht
der Gondel |
|
höhere Kosten |
|
|
|
|
|
|
Teilfunktion
3D: Modularität |
|
|
|
3D.1 -
Gondel Wechselbar |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
wahrscheinlich
leichter |
längere Rüstzeit |
stark
unterschiedliche Gondeln einfacher umsetzbar |
|
|
|
|
|
|
|
(4) Software |
|
|
|
|
|
Teilfunktion
4A: Datenübertragung (GCODE -> uC) |
|
|
|
4A.1 -
SD-Karte |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
stand-alone-Betrieb |
Controller mit
SD-Reader notwendig |
einfach |
RADDS nur microSD |
günstig |
keine
Fernsteuerung |
fertige
Lösungen vorhanden |
keine
Netzanbindung |
|
|
|
keine erweiterte
Diagnose / Eingriff in Druck |
4A.2 -
Seriell (USB-Kabel an Host-PC) Bspw. Repetier Host oder R.Server |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
erweiterte
Diagnose / Eingriff in Druck |
kein
stand-alone-Betrieb |
einfach |
PC muss während
des Drucks laufen |
günstig |
PC muss für
Kommunikation konfiguriert werden |
Fernsteuerung
möglich |
|
fertige
Lösungen vorhanden |
|
|
|
|
|
|
|
4A.3 -
Server auf RasPi o.ä. |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
erweiterte
Diagnose / Eingriff in Druck |
teurer |
stand-alone-Betrieb |
Netzwerk zum
Betrieb notwendig |
Fernsteuerung
möglich |
|
fertige
Lösungen vorhanden |
|
Server in
Maschine integrierbar |
|
kommunikation
mit Apps möglich |
|
einfacher
Zugriff über Browser |
|
unabhängig
von Betriebssystem |
|
|
|
4A.4 - APP |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
Handy-Kamera
kann für AR werwendet werden |
keine fertige
Lösung vorhanden (?) |
intuitive
Einstellung der Maschine |
Server / BT-Modul
notwendig |
positionierung
des Druckobjektes intuitiv |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Teilfunktion
4B: Firmware |
|
|
|
4B.1 -
Polargraph |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
funktionierende
Lösung |
"Bastellösung" |
eigener
Controller (Arduino) + Host (PC, Processing) |
nur 2 Motoren
ansteuerbar |
offen auf
Github |
PC zum betrieb
notwendig |
|
Host hat Probleme
mit Win10 |
|
kein support für
32Bit Controller |
|
|
|
|
4B.2 -
McConney PenPlotter |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
Repetier-Basis |
alte
repetier-version |
kompatibel
mit Server |
kein support für
32Bit Controller |
kann evtl.
auf 4 motoren erweitert werden |
aktuell nur 2
Motoren ansteuerbar |
offen auf
Github |
|
mehrere
uCs verwendbar (aktuell: UNO, MEGA) |
|
|
|
|
|
4B.3 -
customised Repetier FW 2.0 |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
support
für 32Bit Controller |
muss für
Seilplotter erweitert werden |
aktuelles
Repetier |
|
offen auf
Github |
|
bald
mehrere uCs verwendbar (aktuell: DUE) |
|
verwendung
von bis zu 7 Motoren |
|
ausgefeilte
Beschleunigungsrampen etc. |
|
|
|
4B.4 -
selbst geschrieben |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
perfekt
anpassbar |
Zeitaufwendig |
|
nicht das
Hauptziel der BA-Arbeit |
|
|
|
|
Teilfunktion
4C: Server |
|
|
|
4C.1 -
Octoprint |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
Open
Source |
evtl Probleme mit
nichtlinearer Kinematik |
gratis |
eigentlich auf
Betrieb von 3D-Druckern ausgelegt |
|
|
4C.2 -
Repetier Server |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
sehr
stabiler Betrieb auf vielen Betriebssystemen |
Vollversion
kostet 60€ |
Testversion
gratis und brauchbar |
eigentlich auf
Betrieb von 3D-Druckern ausgelegt |
|
|
|
|
Teilfunktion
4D: Einmessen der Maschinendimensionen |
|
|
|
4D.1 -
manuell |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
günstig |
Zeitaufwendig |
einfache
Umsetzung |
Fehleranfällig |
|
|
|
|
4D.2 -
über Endstops, automatisch |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
schnell |
nicht
Kontaktlos |
genau |
Routine muss
implementiert werden |
|
|
|
|
|
|
4D.3 -
über Foto/App, automatisch |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
schnell |
ungenau |
intuitiv |
aufwendige
Umsetzung |
|
|
|
|
4D.4 -
über Wegsensor (GameTrak) |
|
|
|
Vorteile: |
Nachteile: |
relativ
genau |
zusätzliche
Komponente |
unabhängig
von Verfahrsystem |
muss
implementiert werden |
|
begrenzt
Aktionsradius |
|
|