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. Este no era el 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. Click para agrandar.
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.El perno central M3 es plástico, para no interferir con el imán.
Actualmente gritando como un Banshee en esta orientación.
Otras notas de diseño
Una vez que se acabe el filamento, el dispositivo caerá a la mesa.
Hay algunas otras cosas por mencionar sobre el diseño:
La cadena de bolas se puede abrir y cerrarse. Esto indica que el dispositivo se puede instalar alrededor del filamento mientras la impresora está en uso. No hay necesidad de descargar filamento y pasarlo a través del dispositivo como con la versión anterior.
La cadena de bolas tiene otra ventaja: las bolas lisas rodan como pequeños rodamientos en el propio filamento. No hay un desgaste perceptible o riesgo de contaminación.
El cableado Todas las piezas, especialmente ambos contactos de la batería, en un solo lado del gabinete, no indicó cables voladores entre las dos conchas. Esto me permitió pegar alambres en su lugar, lo que a su vez indicó un montaje mucho más fácil (¡no hay cables pinchados!) Y un dispositivo más robusto en general.
Hay una pequeña cantidad de histéresis de la atracción del imán a la cadena de enlaces de pelota. El dispositivo requiere un “toque” menor que se apague una vez que se haya encendido. Esto fue agradable pero involuntario, e ilustra cuán cerca las opciones de diseño físico pueden afectar la operación.
Antes de crear el prototipo, hice un pequeño comprobante de concepto para una idea diferente: usar un interruptor de inclinación de bola enrollable a la orientación de detección y activar el zumbador. Estos pequeños dispositivos utilizan dos bolas metálicas dentro de un estuche para cerrar o abrir una conexión eléctrica dependiendo de la orientación. Lamentablemente, la conexión hecha es pequeña, y no llevan muy bien la corriente. El zumbador emite solo un sonido débil y estrangulado con la potencia que fluye directamente a través de un interruptor de bola rodante. Este problema podría fijarse agregando muchos más componentes al diseño, pero en su lugar se eligió el imán y la técnica del interruptor de revestimiento.
Video Tour
Advertencia: el audio consiste en un pitido ruidoso
Resultado
El nuevo prototipo fue un éxito, y no solo porque hizo su trabajo previsto de la manera esperada. Fue un proceso exitoso porque:
Continuó validando la premisa básica: la impresora en sí no necesita saber que está fuera del filamento, siempre que se le notifique un operador y tenga tiempo para actuar.
Pudo ser creado de manera económica y rápida.
Los cambios de diseño debido a las lecciones aprendidas del prototipo original se integraron con éxito.
Utilizando el proceso de prototipos iterativo
En Prototyping Mister Screamer, hice lo siguiente para obtener los mejores resultados de un enfoque iterativo:
Defina el problema y el alcance cuidadosamente. Asegúrese de que el problema que crea que tiene es el mismo que realmente existe. En la parte uno de este proyecto, descubrí que mi problema no era realmente que mi impresora no tenía un monitor de filamentos. Mi problema era que el filamento podía quedarse desapercibido incluso si estuviera en la misma habitación.
Diseña algo que resuelve el problema observado, no mucho más y nada menos.
Pruebe ciertas ideas con un comprobante de concepto antes de cometerlos a un prototipo.
Haz que el prototipo sea de forma rápida y económica como pueda.
Prueba en condiciones del mundo real. El prototipo probablemente fallará o quedará corto en al menos una forma, y los problemas ocultos se verán obligados a la superficie. Asegúrese de que el fracaso se vuelva a aprender algo.
Usa lo que se aprendió a refinar el diseño.
El señor Screamer V2 satisfizo todos los requisitos, pero aún produjo descubrimientos que podrían usarse para mejorar una versión posterior. La mayor lección aprendida fue que este diseño depende en gran medida del diseño de la impresora 3D que se está utilizando.
En mi impresora en particular (un rain3d n2), el carrete de filamento está alejado del área de impresión. No solo hay espacio para que el dispositivo sepa de un carrete, no hay ningún riesgo de que la unidad termine en algún lugar problemático cuando cae. Otras impresoras 3D pueden tener diseños físicos que no permiten que el señor Screamer funcione bien. Si el dispositivo cuelga en el camino del cabezal de impresión, o puede caer en el área de impresión una vez que se acabe el filamento, eso está pidiendo problemas.
A medida que se representa, el señor Screamer v2 hace su trabajo lo suficientemente bien como para que se use de manera confiable para el trabajo real, incluso si su alcance está enfocado en general en mi propia impresora y necesidades. Las mejoras cada vez mayores pueden ser tentadoras de perseguir, pero rara vez se necesita iterar hasta que una opción sea perfecta. Si un problema ha sido identificado y entendido correctamente, se hace mucho más fácil juzgar cuando se realiza la opción.
El diseño del gabinete para esta versión de Mister Screamer está disponible en GitHub.