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. Questo non era il caso.
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. Clicca per ingrandire.
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.Bullone M3 centrale è la plastica, in modo da non interferire con il magnete.
Attualmente urliamo come una banshee in questo orientamento.
Altre note di design
Una volta che il filamento si esaurisce, il dispositivo cadrà al tavolo.
Ci sono alcune altre cose da menzionare sul design:
La catena a sfera può essere aperta e chiusa. Ciò indica che il dispositivo può essere installato attorno al filamento mentre la stampante è in uso. Non è necessario scaricare il filamento e infilarlo attraverso il dispositivo come con la versione precedente.
La catena a sfera ha un altro vantaggio: le palline lisce rotolano come piccoli cuscinetti sul filamento stesso. Non esiste un rischio percettibile o un rischio di contaminazione.
Cablaggio Tutte le parti – Soprattutto entrambi i contatti della batteria – in un lato singolo del contenitore indicato senza fili volanti tra le due shell. Questo mi ha permesso di collegare i fili in posizione, che a sua volta indicano un montaggio molto più semplice (senza fili pizzicati!) E un dispositivo molto più robusto.
C’è una piccola quantità di isteresi dall’attrazione del magnete alla catena di collegamento a sfera. Il dispositivo richiede un “tocco” minore per spegnere una volta acceso. Questo è stato piacevole ma non intenzionale e illustra come le scelte di design fisico strettamente possono influenzare il funzionamento.
Prima di creare il prototipo ho fatto una piccola prova di concetto per un’idea diversa: utilizzando un interruttore di inclinazione della palla rotolante per l’orientamento del senso e attivare il cicalino. Questi piccoli dispositivi usano due palle di metallo all’interno di un caso per chiudere o aprire una connessione elettrica a seconda dell’orientamento. Purtroppo la connessione fatta è piccola e non portano molto bene la corrente. Il cicalino emette solo un suono debole e strangolato con l’alimentazione che scorre direttamente attraverso un interruttore a sfera rotolante. Questo problema potrebbe essere risolto aggiungendo molto più componenti al design, ma è stato invece scelto la tecnica del magnete a rotolamento e la reed switch.
Video tour.
Avvertenza: l’audio è costituito da un segnale acustico forte
Risultati
Il nuovo prototipo era un successo, e non solo perché ha fatto il suo lavoro previsto nel modo previsto. È stato un processo di successo perché:
Ha continuato a convalidare la premessa di base: la stampante stessa non ha bisogno di sapere che è fuori dal filamento, fino a quando un operatore viene avvisato e ha il tempo di agire.
È stato in grado di essere creato a buon mercato e rapidamente.
I cambiamenti di progettazione dovuti alle lezioni apprese dal prototipo originale sono stati integrati con successo.
Usando il processo di prototipazione iterativo
Nella prototipazione Mister Screamer, ho fatto quanto segue per ottenere i migliori risultati da un approccio iterativo:
Definire attentamente il problema e il campo di applicazione. Assicurati che il problema che pensi di avere è lo stesso che esiste effettivamente. In parte uno di questo progetto, ho capito che il mio problema non era proprio che la mia stampante non aveva un monitor a filamento. Il mio problema era che il filamento potrebbe esaurire inosservato anche se fossi nella stessa stanza.
Progetta qualcosa che risolve il problema osservato, non molto di più e non meno.
Testare determinate idee con un concetto di prova prima di impegnarli a un prototipo.
Rendere il prototipo rapidamente ed economicamente possibile.
Prova nelle condizioni del mondo reale. Il prototipo probabilmente fallirà o diminuirà brevemente in un modo, e i problemi nascosti saranno costretti alla superficie. Assicurati che il fallimento risulta in qualcosa da imparare.
Usa ciò che è stato appreso per perfezionare il design.
Mister Screamer V2 ha soddisfatto tutti i requisiti, ma ancora produceva scoperte che potrebbero essere utilizzate per migliorare una versione successiva. La più grande lezione appresa era che questo progetto dipende molto dal layout della stampante 3D utilizzata.
Nella mia particolare stampante (A RACK3D N2) La bobina del filamento è lontano dall’area di stampa. Non solo c’è spazio per il dispositivo da appendere da una bobina, non c’è alcun rischio che l’unità finisca da qualche parte fastidiosa quando cade. Altre stampanti 3D possono avere layout fisici che non per consentire a Mister Screamer di funzionare bene. Se il dispositivo penzola nel modo della testina di stampa, o può rientrare nell’area di stampa una volta che si esaurisce il filamento, questo richiede problemi.
Mentre si trova, Mister Screamer V2 fa il suo lavoro abbastanza bene da essere usato in modo affidabile per il lavoro reale, anche se il suo ambito è focalizzato in generale sulla mia stampante e necessità. I miglioramenti sempre crescenti possono essere allettati per inseguire, ma raramente è necessario per iterare fino a quando un’opzione è perfetta. Se un problema è stato correttamente identificato e compreso, diventa molto più facile giudicare quando l’opzione è fatta.
Il design del recinto per questa versione di Mister Screamer è disponibile su GitHub.