I created a prototype 3D printer filament alarm that worked, but the process also brought some new problems and issues to the surface that I hadn’t foreseen when I first started. Today I’m going to dive additionally into the prototyping process to get some insight on creating for a well-specified problem. What I came up with is an easy to build pendant that passively hangs from the filament and informs you if anything about that changes.
I began with a need to know when my 3D printer was out of filament, so that I could drop whatever I was doing and insert a new spool of filament ideal up against the end of the previous spool. By doing this within four minutes of the filament running out, printing very large jobs could continue uninterrupted. The device I created was called Mister Screamer.
The basic Concept
The idea is that if a 3D printer is attended (but not under constant supervision) and the operator is prepared to swap filament rolls when needed, then there is no need for the printer to do any “smart” tasks such as pausing the print. As long as there is a indicates of triggering an alarm when filament has run out, the operator can do everything needed to keep the maker printing uninterrupted, and the printer itself doesn’t even need to know.
First Prototype
The previous prototype used a roller switch to activate a buzzer. Filament was fed through the device.
The previous prototype physically sensed filament with a roller switch that triggered a buzzer when filament ran out. It had a successful trial run, but revealed some new problems:
When pulling filament through the device by hand there was little to no resistance felt, but once it was riding a roll of filament in the printer it created much a lot more binding and friction than expected. printing was successful but the printer’s extruder had to work much harder than usual. I had hoped the device would put a negligible strain on the feed system and filament. Это был не тот случай.
When filament ran out, the device fell some distance to the tabletop. This was expected. But the impact nearly knocked the batteries completely loose from the friction-fit battery holder, which was not expected. had the batteries popped completely out, the device would not have done its primary job. The device needed to be drop-resistant, but the prototype design did not reflect this.
Even though the previous prototype did the job it was meant to do, it was clear there were problems and a design update was needed.
Design goals Summary
The fundamental requirements for Mister Screamer haven’t changed much. The device’s tasks are:
If filament is present, nothing happens.
If filament runs out, yell your deceive head off to alert a nearby operator.
Other elements of the design worked out well enough to keep, and remain mostly unchanged:
Enclosure can be 3D printed
Self-contained (no external power or signals)
Requires no modifications to the 3D printer to be monitored
Electrically simple, and using a minimum of easy to source parts
Long battery life, low power usage
Easy to turn off when responding to an alarm
Lessons from building and testing the first prototype were used to add the following design goals:
Must not interfere with the printer’s normal operation. Ideally, the printer must not even notice it.
Device need to be rugged and drop-resistant.
Ability to easily add the device to the filament of a print already in progress.
The New Prototype
The new prototype keeps the same basic function, but with an entirely different approach. The device is now sensitive to orientation, and senses the actual filament only indirectly. It is created to hang by a ball-link chain like a pendant.
While the device hangs down it is silent. If it falls, the alarm sounds until it is picked back up. Therefore in operation it hangs passively from the filament like a pendant or keychain as long as filament feeds into the printer. As soon as the spool of filament has emptied, the device falls to the tabletop and triggers the alarm.
The new system changes technologies. I did away with the roller switch and replaced it with a reed switch. inside the 3D printed enclosure is a void that captures a small disc magnet. The void has been engineered to use a shape that keeps the magnet away from the reed switch when hanging from the ball chain, but lay Mister Screamer on a flat surface and the magnet will clear up near enough the switch to actuate it.
rounded edges make sure it always lays flat after falling.
central M3 bolt secures both halves together.
Illustrated operation. Нажмите, чтобы увеличить.
While hanging vertically from its chain (either for storage or when hanging from a filament line) the device is completely inert and uses no power. The enclosure is created with flat sides and rounded edges, so that the unit always settles to one side or the other when it falls.Центральный болт M3 является пластик, чтобы не вмешиваться на магнит.
В настоящее время кричит как Banshee в этой ориентации.
Другие заметки дизайна
Как только нить заканчивается, устройство упадет на столешницу.
Есть несколько других, чтобы упомянуть о дизайне:
Бальная цепочка может быть открыта и закрыта. Это указывает на устройство может быть установлено вокруг нити, когда принтер используется. Не нужно выгружать нить и поправить ее через устройство, как с предыдущей версией.
Бальная цепочка имеет еще одно преимущество: гладкие шарики бросаются как маленькие подшипники на самой нити. Там нет ощутимой износа или риска загрязнения.
Проводка всех деталей – особенно обе контакты аккумулятора – в одну сторону корпуса указывало без летающих проводов между двумя раковинами. Это позволило мне приклеить провода на месте, что, в свою очередь, указывает на гораздо проще в сборе (без ущемления проводов!) И намного более надежное устройство в целом.
Существует небольшое количество гистерезиса от притяжения магнита к цепочке соединения мяча. Устройство требует незначительного «крана» для отключения после включения. Это было приятным, но непреднамеренным и иллюстрирует, насколько тесно физический дизайн может повлиять на работу.
Перед созданием прототипа я проделал небольшую доказательство концепции для другой идеи: используя переключатель наклона шарикового шара, чтобы смысла ориентацию и активировать зуммер. Эти маленькие устройства используют два металлических шарика внутри корпуса для закрытия, либо открывают электрическое соединение в зависимости от ориентации. К сожалению, соединение сделано мало, и они не носят ток очень хорошо. Зуммер испускает только слабый, задушенный звук с силой, протекающей непосредственно через переключатель прокатки. Эта проблема может быть закреплена путем добавления гораздо больше компонентов к дизайну, но вместо этого была выбрана методика переключения магнита и REED.
Видео Тур
Предупреждение: Audio состоит из громкого звукового сигнала
Результаты
Новый прототип был успехом, а не только потому, что это сделало предполагаемую работу ожидаемым образом. Это был успешный процесс, потому что:
Он продолжал подтвердить основную предпосылку: сам принтер не должен знать, что это не нанакуна, до тех пор, пока оператор уведомлен и успеет действовать.
Он смог быть создан дешево и быстро.
Изменения дизайна из-за извлеченных уроков из исходного прототипа были успешно интегрированы.
Использование итеративного процесса прототипирования
В прототипировании Mister Creamer я сделал следующее, чтобы получить наилучшие результаты от итеративного подхода:
Определите проблему и охват тщательно. Убедитесь, что проблема, которую вы думаете, это то же самое, что на самом деле существует. В части одного из этого проекта я понял, что моя проблема не была на самом деле, если у моего принтера не было монитора нити. Моя проблема заключалась в том, что нить может закончиться незамеченным, даже если бы я был в одной комнате.
Дизайн-то, что решает наблюдаемую проблему, не намного больше и не меньше.
Проверьте определенные идеи с доказательством концепции, прежде чем совершить их к прототипу.
Сделайте прототип так быстро и дешево, как вы добросовестно можете.
Тест в реальных условиях. Прототип, вероятно, не пройдет или не хватает по крайней мере в одном случае, и скрытые проблемы будут вынуждены поверхности. Убедитесь, что сбой приводит к тому, что что-то изучено.
Используйте то, что было научено уточнить дизайн.
Mister Screamer V2 удовлетворил все требования, но все же уступил открытия, которые могут быть использованы для улучшения последующей версии. Наибольший извлеченный урок заключался в том, что этот дизайн сильно зависит от компоновки используемого 3D принтера.
В моем конкретном принтере (ROING3D N2) катушка накаливания вдается вдали от зоны печати. Имеется не только комната для устройства для подвешивания от катушки, нет никакого риска устройства, заканчивающегося где-то неприятным, когда он падает. Другие 3D-принтеры могут иметь физические макеты, которые не позволяют Mister Screamer работать хорошо. Если устройство вращается на пути печатной головки или может попасть в зону печати, как только заканчивается нить, который просит неприятностей.
Поскольку он стоит, Mister Scriker V2 делает достаточно хорошо достаточно хорошо, чтобы надежно использовалась для реальной работы, даже если его объем сосредоточен в целом на моем собственном принтере и потребностях. Все растущие улучшения могут быть заманчивы преследовать, но редко редко требуется итерации, пока опция не будет идеальной. Если проблема была правильно идентифицирована и понята, она становится намного легче судить, когда опция сделана.
Конструкция корпуса для этой версии Mister Creeamer доступна на GitHub.