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3D Drucker (des Wahnsinns?)


DJK94

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Hallo Zusammen

Ich mache mich mal dran auch ein eigenes Projekt voranzutreiben. Eigentlich sollte ich vielleicht erstmal die SeaShadow V2 fertig konstruieren, aber da finde ich keine Motivation zu, solange ich weiß, dass ich dann stecken bleibe. Also was hindert mich? Der eigene 3D-Drucker, bzw. das Nichtvorhandensein eines solchen. Sicherlich könnte ich die auch wieder ohne einen solchen aufbauen, aber die geplanten Features und die größe lässt mich diesmal davon absehen. Zudem finde ich kaum noch die Zeit mich gemächlich an die klassische Bauweise zu machen. Der Druck wird sicher nicht weniger Zeit kosten, aber ich habe hoffentlich Phasen, wo ich vorankomme und parallel anderes machen kann.

Sobald ich begonnen habe mich damit zu beschäftigen, ist mir persönlich direkt und windige Mechanik der meisten Konstruktionen aufgefallen. Die funktionieren irgendiwe ja alle, sonst gäbe es sie nicht, aber mir tut es meine gewünschte Präzision diesen anvertrauen zu müssen. Beispiele dafür sind u.a.:
Z-Achsen -> Es ist einfach eine irgendwie "schlampige" Konstruktion, wenn ich alle Lagerung dem armen Motorlager des Schrittmotors zumuten. Das kann das offenbar ab, aber sauberer Maschinenbau ist anders. Eine Antriebsmutter hat kein Lager sein zu müssen und ein Motorlager ist kein Achsiallager. Die Synchronisation der zwei Achsantriebe über zwei unabhängige Motoren ist irgendwie auch "Murks". Das habe ich auch jedes Mal am Drucker von meinem Vater. Ich weiß nicht was genau verkehrt ist, aber ich schaffe es nicht, wirklich eine synchrone Referenz zu fahren. Er macht zwar die Routine und es scheint erstmal gut, aber es verliert sich schnell mal. Vor allem wenn dann nur ein Motor Haltestrom bekommt und der andere auch noch völlig frei bleibt.
Die Gesamtkonstruktion ist nicht unbedingt, was ich Steif nennen würde. Meine bisherigen Drucke bei meinem Vater waren zwar akzeptabel, aber auch das fing schonmal was an zu klappern.

Diese "Makel" scheinen offensichtlich kein ernsthaftes Problem zu sein, sonst wären nicht so viele Leute glücklich damit, aber wenn ich mir etwas anschaffe, das mir Teile fertigen soll, dann muss das meinen Ansprüchen genügen. Dazu kommt, dass ich meiner Natur nach Perfektion anstrebe. Dass der 3D-Druck keine Metallbautoleranzen kann ist mir bewusst. Ich versuche aber immer die Fehler am Gerät soweit wie möglich zu minimieren, sodass ich sagen kann die größte Fehlerquelle bin ich. Oder andersrum gesehen. Wenn das Gerät vor mir an seine Grenzen kommt, dann versuche ich das zu ändern.
Nun gibt es natürlich auch Drucker, die annähernd an meine Ansprüche an eine spielfreie und steife Mechanik reichen, aber da sind wir in Preisregionen, wo ich nicht mehr bereit bin das zu zahlen. Und Änderungen würde ich wohl immernoch machen.
Also bleibt für die Befriedigung meiner Ansprüche nur ein Selbstbau. Um diesen soll es hier nun gehen.

Ausgangslage war zu schauen, welche Punkte ich an bestehenden Druckern bemägel und wie ich sie beheben könnte.

  • Unpräzise Führungen -> Linearschlitten sollten keine Wünsche offen lassen.
  • Elektrisch synchronisiserte Antriebsspindeln -> Riemen dazwischen und gut ist
  • Scheinbare Notwendigkeit unebene Druckbetten auszuleveln. -> Das muss man doch konstruktiv in den Griff bekommen können. Ja Wärme gibt Ausdehnung. Aber Verzug müsste bedeuten, dass ich keine gleichmäßige Ausdehnung habe. Also ist irgendwas von Beginn an "schludrig". Ein homogenes unverspanntes und steifes Bett sollte das jeweilige Nivellieren überflüssig machen.
  • fehlende Steifigkeit -> Aluprofile für den Rahmen sollten das Ermöglichen

So gings los.

Weiter gehts im nächsten Post. Ich möchte den Roman dann doch nicht völlig ausarten lassen.
 

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Grundsätzlich galt es zuerst ein Konzept für die Achsen zu wählen. Die verbreitetste Option ist das Bett für eine Achse zu verschieben. Dann gibt es die Option mit einem Rahmen in dem das Bett nur in Z bewegt wird und die anderen beiden Achsen vom Druckkopf bedient werden.

Nachdem ich mir überlegt habe, was ich für das Druckbett vorhabe und gesehen habe, wie die Versteifung meines Vaters mittels Holzplatte den Drucker schon zum klappern bringt habe ich beschlossen, dass es für die Dynamik nicht sinnvoll ist, wenn ich das Bett bewege.

Also ging es an eine Konstruktion in einem fast würfelförmigen Rahmen, der oben den Druckkopf beweglich trägt und innen das Bett in Z verfährt. Der Rahmen ist wohl völlig überdimensioniert mit 40er Aluprofilen. Allerdings schienen mir die 20er etwas zu wenig Steifigkeit bringen zu können und in 30 hab ich die ausgewählten Eckprofile nicht finden können, als ich nochmal reduzieren wollte. Also bleibst erstmal dabei. Die Masse könnte auch noch hilfreich werden.

Da ich mich an Industriestandardteilen orientiere ist alles "dezent" übertrieben dimensioniert. 15er Linearführungen mit 16er Kugelumlauf bräuchte man wohl nicht wirklich. Aber etwas mehr als "Druckerstandard" sollte es sein und dann wollte ich nicht aus "1000" Shops alles zusammensuchen müssen. Fürs konstruieren musste ich erstmal etwas festlegen mit dem ich arbeiten kann. Eventuell reduziere ich noch etwas wo sinnvoll möglich, wen die Konstruktion erstmal steht.

So sah das erste Konzept mit Führung an Antrieb der Z-Achse dann aus. Grundfläche 500x500mm und 480mm ab Grundplatte.

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Soviel Stand schonmal hier. Die nächsten Entwicklungen bis heute folgen.

 

Grüße

Daniel

Edited by DJK94
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Ab zum nächsten Schritt.

Die Z-Achse anzusteuern und zu lagern war ja noch recht einfach. Die Y-Achse, also die komplette Traverse, war da schon eine andere Aktion. Deren Antrieb hat mich praktisch am längsten denken lassen und wurde mehrfach überdacht.

Der erste Ansatz war ähnlich zu den vorhanden Antrieben, der Drucker die eine ähnliche Rahmenkonstruktion nutzen.
Riemen auf jeder Seite und Synchronisationswellen zwischen den Antrieben.

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Die Schwierigkeit dieser Konstruktion kam für mich dann bei der Entscheidung nach dem Antrieb. Wie/Wo befestige ich den Antriebsmotor. Stirnseitig an eine der Wellen würde den Motor extrem überstehen lassen, da ich ja auch noch eine Kupplung dazwischen bringen müsste. Winkel und über einen zusätzlichen kurzen Riemen direkt die Welle antreiben wäre eine Möglichkeit.

Dann kamen meine Bedenken: Die Traverse wird vergleichsweise schwer und die Schlitten könnten etwas mehr Widerstand bieten, als die üblicherweise eingesetzten Rundführungen. Das bedeutet aber, dass die Synchronisationswellen mit Pech etwas mehr Drehmomment aufbringen müssten. Und die dünnen Wellen auf der Länge könnten doch etwas zu viel elasische Torsion zulassen, was die Synchronisation beeinträchtigen würde. Auf die Schnelle hatte ich keine Torsionsoptimierten GFK/CFK Rohre gefunden, sonst wäre ich wohl bei der Konstruktion geblieben. Mir kommt grad, dass es mit Alurohren entsprechenden Durchmessers auch gehen könnte. Najamal sehen, ob ich die Konstruktion nochmal zurückdrehe auf dieses Konzept. Bedeutet nur auch wieder einige Adapter, um vom torsionssteifen Rohr auf die dünnen Antriebsstücke zu gehen.

Nächstes Konzept folgt.

Daniel

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Hellmut Kohlsdorf

Ich verstehe den Leitgedanken bei deiner Entwicklung und ich würde mir wünschen mein Ender 5 Plus hätte in seinen Rahmen kräftigere Alu-Profile verwendet. Wo ich glaube, dass du es dir unnötig aufwendig machst, ist bei der Synchronisierung. So wie ich es bisher verstehe möchtest du die Synchronisierung mechanisch gewährleisten. 

Ich bin immer noch der Meinung, du hast bisher zu wenig das Verständnis verinnerlicht wie Schrittmotore funktionieren und wie sie in 3D-Druckern eingesetzt werden. Es ist nicht so, dass deine Implementation falsch wäre, es ist nicht so, dass deine Methode die Synchronisation nicht gewährleisten würde. Es ist eben nur so, als ob du Hodenträger und Gürtel gleichzeitig verwenden würdest. Das schreibe ich, obwohl ich tatsächlich bei meinen Hosen Gürtel und Hosenträger gleichzeitig verwende. Der Grund warum ich es tue ist der, dass bei mir Hosen unten am Hosenbein recht schnell ausfransen, da diese eigentlich zu lang sind. So erreiche ich das die Hosenbeine länger nicht ausfransen. Es liegt also ein weiterer Grund für mich vor den ich durch diese doppelte Halte Maßnahme das Problem des Ausfranzen stark verzögere.

Angewandt auf dein Drucker Design. Schrittmotore werden so eingesetzt, das es ein Signal gibt, welches bewirkt das ein Schrittmotor immer nur einen Schritt macht, sei es Vollschritt oder Mikroschritt. Leitet man also dieses Signal über ein Y-Leitungsverzweigung an 2 Schrittmotore, dann werden bei eine Voll, oder Mikroschritt machen. Ein 2. Signal gibt die Richtung des Schrittes an. Beim Video von Trinamic, StallGuard, sieht man wie man so auch End-Position-Schalter überflüssig macht. Auch die Funktion die es ermöglicht den Strom so zu regeln, dass die Drehmoment-Belastung des Schrittmotors den Strombedarf steuert, indem das Trinamic IC die jeweils aktuelle Drehmoment-Belastung erkennt und den Strombedarf erhöht der senkt.

Da wir beide uns schon darüber ausgetauscht haben, mach doch das Experiment. Steuere 2 Schrittmotore synchron so wie ich hier beschreibe und schau dir an wie diese Funktionen wirken. Ich habe dazu in dem Video, zu welchen ich dir schon ein Link gegeben hatte, mich dazu geäußert.

Aber Faktum. So wie du es planst ist es nicht falsch, sondern nach meiner Meinung eben Hosenträger und Gürtel. Ich bin hier im Forum bekannt dafür bekannt meinen eigenen Stursinn zu haben meine Methoden umzusetzen, oder zumindest zu verfolgen.

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Ich glaube die erste SeaShadow hat bewiesen, dass ich auch gelegentlich etwas stur durchziehe, wenn ich keinen Fehler finden kann.

Grundsätzlich hast du völlig recht, dass es funktionieren kann, wenn man zwei Schrittmotoren synchron laufen lässt. Und dass es funktioniert zeigen ja auch die ganzen Drucker, die das nutzen. Nur muss man da auch überlegen, wie man die Schaltet. Ich kann sie entweder mit zwei Endstufen und einem Signal betreiben - das dürfte sein, was du beschreibst - oder ich klemme beide Motoren an eine Endstufe. Beide Schaltungen haben aus meiner Überlegung ihre eigenen Probleme.

Zwei Endstufen:
Vorteil ist, dass jede Endstufe den Motor voll überwachen kann und alle Optimierungsfunktionen der Treiber greifen. Gleichzeitig muss jede Endstufe nur einen Motor versorgen, was ermöglicht sie schwächer auszulegen. Also könnte die Fehleranfälligkeit abnehmen.
Nachteil ist, dass im Fall eines Fehlers ein Motor den anderen abhängen kann. Und dann ist die Bewegung nicht mehr synchron. Was folgt ist nach der Fehlerbehebung eine komplette Neuausrichtung der Achse, da die ja schief steht und schief weitergehen würde, wenn die Motoren danach synchron weiter verfahren. Um das zu vermeiden müsste ein Fehlersignal sehr schnell alles lahmlegen oder ich müsste beide Motoren von einem Treiber versorgen lassen, der sie gleichzeitig überwacht und ggf Fehler mit dem andern Motor nachziehen kann. Bei Schrittverlust müsste er also den zweiten Motor auch diesen Verlust machen lassen.

Zwei Motoren an einer Endstufe:
Sinnvollerweise in Reihe geschaltet, da ich sonst nicht kontrollieren kann wie viel Strom jeder Motor abbekommt.
Vorteil ist, dass die Motoren immer das gleiche Ansteuersignal erhalten. Ich spare auch eine Endstufe.
Nachteile dürften hier aber noch krasser ausfallen. Denn zum einen muss die Endstufe beide Motoren versorgen können. Reihenschaltung bewirkt zwar, das ich keinen höheren Strom drüber schicken muss, aber wir kommen in das diskutierte Problem der Versorgungsspannung. Für die gleiche Stützwirkung gegen Drehmomentabfall müsste ich die Versorgungsspannung verdoppeln, da ich ja zweimal Induktionsgegenspannungen habe.
Dazu kommt, dass ich nach einem Fehler die Motoren gar nicht getrennt ansteuern kann, da sie ja an einer Endstufe hängen. Es bleibt also nur die mechanische Korrektur, wenn die Achse erstmal schief steht. Wobei die meisten Steuerungen erstmal auch keinen Debugmodus für die getrennte Ansteuerung der beiden Endstufen haben würden und damit da auch nur mechanische Korrektur bleibt.

Die Frage ist ja nicht, was bekomm ich im Normalfall zum Funktionieren. Sondern was gibt mir die meiste Sicherheit im Grenzfall oder nach einem Fehler. Und da fühle ich mich mit Mechanik sicherer, als mit zweimal Elektronik.


 

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So nun noch der nächste Ansatz.

Die Synchronisationswellen haben mich ja irgendwie mit Antrieb und Verlegung nicht glücklich gemacht. Wobei ich mittlerweile denke, dass ich da irgendwas übersehen habe und es vielleicht doch keine schlechte Idee wäre.
Wie es sein, der nächste Ansatz sollte einen durchgehenden Riemen nutzen.

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Der riesige Nachteil dieser Lösung ist der imens lange Riemen, der sicher gespannt werden muss und dann wurde ich zunehmend unsicher. Denn der Plan war den Motor für den X-Achsenantrieb oben auf die Traverse zu setzen. Da braucht der nur einen direkten Riemen. Nur führt das zu einer sehr ungleichen Gewichtsverteilung auf der Traverse. Und damit sind natürlich die erfoderlichen Kräfte pro Seite bei der Beschleunigung unterschiedlich. Meine Angst war also, dass die Traverse sich schief stellt, wenn ich beschleunige. Wie viel kann ich nicht abschätzen (wahrscheinlich vernachlässigbar), aber das ließ mich darüber nachdenken, wie ich den Motor von der Traverse bekommen könnte.

Auf einigen Videos habe ich dann ein interessantes Konzept gefunden. Dieser Link zeigt das Prinzip noch am anschaulichsten. https://www.thingiverse.com/thing:1000083
Im Grunde ist die Idee die Traverse so durch einen Riemen fahren zu lassen, dass der X-Schlitten sich nicht bewegt. Erst wenn der Steuerriemen explizit bewegt wird, geht dies auch an den Schlitten.

Hier kam nach einigem Tüftelan aber wieder der obige Bedenkenansatz, dass ich dem ohne es vorher gesehen zu haben nicht traue. In der Theorie funktioniert es und offenbar auch in der Praxis bei einigen. Aber mir war es mit den unbekannten Massen und meinen Ansprüchen zu unsicher.

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Was folgte und aktueller Stand ist, ist der völlige Overkill. Kugelumlaufspindeln auf beiden Seiten als Y-Achsenantrieb. Da der Antreibende Motor in diesem Fall auch bei recht hoher Drehzahl noch funktionieren muss fiel die Wahl auf einen Servomotor. Mein Vater hat gerade eine Fräse mit Servomotoren, die eine integrierte Steuerung haben aufgebaut. Der Vorteil ist, dass diese im Grunde wie eine Schrittmotorendstufe nur mit Takt- und Richtungssignal versorgt werden müssen. Auf keinen Fall die günstigste Lösung, aber so habe ich keine Bedenken mehr, dass eine ungleiche Gewichtsverteilung durch Beschleunigungskräfte zu ungleicher Auslenkung auf den Seiten führt. Dadurch bin ich auch wieder nahezu frei in der Konstruktion der X-Achse.

Diese hat nun einen Motor auf der Seite bekommen und der Schlitten wird wie üblich direkt per Riemen angetrieben. Die genaue Gestaltung der Druckkopfaufnahme muss warten, bis ich die endgültigen Komponenten definiert und vorhanden habe. So fällt es mir noch schwer eine geeignete Befestigung zu konstruieren.

Geplant ist aktuelle ein großzügig dimensioniertes Hotend und ein Direktextruder. Den Extruder hab ich noch nicht sicher gewählt. Ein bisschen hadere ich auch noch, da ich mindestens zwei verschiedene Filamente nutzen möchte. Für Supportstrukturen ist lösliches oder einfach zu entfernendes Material geplant. Für Bowdenextruder gibt es Düsen, die mehrere Zugänge haben, aber irgendwie gefällt mir der Direktantrieb doch besser auch in Hinblick auf eventuell flexible Filamente. Schön wäre sicher die Multifilamenteinheit von Prusa, aber kostet auch ein Eck. ICh plane aber irgendwie doch mir einer solchen Lösung.

Aktuell bin ich am Aufbau des Druckbettes. Da kommt dann bald auch noch mehr zu.

Hier aber erstmal ein paar Bilder zum aktuellen Stand.

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Nach einem längeren Gespräch mit meinem Vater und eigener Grübelei, warum ich denn den Riemenantrieb für die Y-Achse verworfen hatte, gehts wieder dahin zurück. Dafür spricht vor allem der Preis. Spindeln und entsprechend hochdrehender Antrieb sind schlicht teuer. Mal grob gerechnet, was 10mm Alurohr an Winkel/Wegversatz zulassen bei dem was ein Schrittmotor sinnig an Drehmomment aufbringt - und da waren wir so bei 1/1000 Größenordnungen. Also jetzt noch 12mm CFK Rohr und die Winkelabweichung sollte egal werden. Zumindest nicht das schwächste Glied.

Der Antrieb erfolg schlicht an einer Außenkante. So wird die Konstruktion recht einfach und günstiger. Minimal schmaler wird das Package auch noch. Ich hab jetzt erstmal den Dummyservomotor in der Konstruktion gelassen, aber da kann im Grund alles hin, was genug Drehmoment bringt. Also langer Nema17 oder Nema23. Mal schauen, was gebraucht wird.

 

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Dann gings an die Tischkonstruktion. Wie alles an diesem Drucker übertrieben.

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Aufbau von unten nach oben:

1. Siebdruckplatte - Als thermische Isolation des Heizbettes nach unten und steife Auflageplatte. Ich überlege noch die mit Senkbohrungen zu vershen, um das Gewicht zu reduzieren. Ggf. dann wieder eine dünne Versiegelung drauf, um praktisch geschlossene Luftkammern als Isolierung zu haben. Mir ist bisher leider nichts leichteres eingefallen, das Temperaturen um die 100° längere Zeit unter Druckbelastung sicher aushält.
2. Heizbett - PCB Heizbett 300x300mm Druckfläche. Das sieht aus, als hätte es die Heizschleifen eng und gleichmäßig verteilt, sodass von einer gleichmäßigen Wärmeverteilung auszugehen ist. Die Dicke könnte hier noch übertrieben dargestellt sein. Das muss ich bei Vorliegenden Teilen am oberen Rahmen anpassen.
3. Aluplatte - Als Heizverteiler, um die Verteilung noch gleichmäßiger zu bekommen. Die Druckplatte selbst wird eingelassen, sodass im Grunde bis an die Ränder sauber geheizt werden sollte. Bzw. Die Ränder der Druckplatte können hoffentlich nicht so stark wärme abgeben, da die Aluplatte hier auch von der Seite ranheizt.
4. Druckplatte - Borsilikatplatte. Da geht mein Vater bei seinem direkt drauf und das macht bei PLA und PETG keine Probleme in der Haftung.
5. Andruckrahmen - Auch wieder aus Siebdruck/Multiplex. Der Rahmen soll die Platten zu den Seiten isolieren, um die Kanten als Kühlzonen zu reduzieren und so bis zum Rand möglichst gleichmäßig Temperatur zu haben. Gleichzeitig drückt er an den Ecken auf die Glasplatte und damit das Gesamtpaket zusammen. Hier war wieder die Materialfrage. Da es thermisch isolieren und eine gewisse Steifigkeit haben soll.

Der Druckrahmen wird durch die Grundplatte an Aluquerstreben geschraubt. Da die Aluplatte sich aber ausdehnen können muss, ohne Verzug zu bringen ist ringsum Luft gelassen und der Rahmen wird nicht fest verschraubt. Unter die Schraubenköpfe sollen Tellerfedern kommen, sodass ich über einen gewissen Verformungsweg weiter Andruckkraft habe, aber die Aluplatte den Rahmen anheben kann. Wobei das wenn nur minimal der Fall sein sollte. Vielleicht würde die Elastizität der Ecken da schon reichen.

Wenn alles wie gewünscht funktioniert, besteht auch keine Notwendigkeit das Bett jedes Mal manuell oder Elektronisch zu leveln. Denn da die geheizten Teile nur mit Wärmeleitpaste gekoppelt sind dürfte sich kein Verzug einstellen. Alle Teile sind praktisch frei und können sich gleichmäßig ausdehnen. Vorausgesetzt natürlich die Wärmeverteilung ist möglichst gleichmäßig.

Sorgen bereitet mir noch der Tischhaltewinkel. Denn aktuell sagt mir das Programm, dass der Tisch ca. 6kg wiegt. Da muss schon etwas Steifigkeit her, um die Verformung in Grenzen zu halten. Da werde ich wahrscheinlich etwas ausgleichen müssen, dass das Bett eben steht.

 

Die Aluprofile sind über SMT schon fast bestellt, ich warte nur noch auf Bestätigung und evtl. Versandabstimmung. Bis die kommen dauerts noch, aber es gibt auch noch genug zu tun.

 

Bis bald in diesem Irrenhaus

Daniel

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Hallo Daniel,

es ist sicher ein interessantes Konzept. Ich frage mich aber gerade, ob anstelle des Bewegens einer ca. 6 kg schweren Druckplatte plus des zu druckenden Teil nicht die Bewegung des Druckkopfes (der vermutlich deutlich weniger wiegt) die einfachere Lösung ist. Das würde zumindest nicht derartig viel Kopfzerbrechen hinsichtlich der Komponenten erzeugen.

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Das ist ja aktuell so.

In der ersten Auswahl war das Konzept mit dem bewegten Tisch. Aber bereits da hab ich mir vorstellen können, dass meine Tischkonstuktion schwer wird. Daher wird der Tisch jetzt nur in Z verfahren. Das passiert nur jede Schicht und muss nicht schnell sein.

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Hellmut Kohlsdorf

Was man auch nicht unterschätzen sollte. Ist der Tisch, welcher bewegt wird schwer, werden Vibrationen verstärkt. Die Schrittmotoren wechseln häufig Richtung und Geschwindigkeit. Das erzeugt Vibrationen und wenn der Tisch schwer ist, dann addiert er diesen Vibrationen Masse.

Was mich entsetzt ist wie wenig die 3D Druck Community, Hersteller und Fans, von Schrittmotoren verstehen. Schrittmotoren wählt man eigentlich so, dass die nominale Spannungsanzeige möglichst niedrig ist, der Motor dann bei gleichem nominalen Drehmoment mehr Strom verkraften kann. Ich betreibe z. B. Schrittmotoren mit 3,6 V an einem Akkupack aus 12 in Serie geschalteten LiFePO4 Akkus. Voll liefern sie knapp 40 VDC, leer, also wenn wieder aufgeladen werden sollen noch 24 VDC

Die Trinamic ICs, welche in Zusammenarbeit mir Watterott entwickelt weden, SilenStepSticks, gibt es bei Watterott vom Typ SilentStepStick TMC5160hv, die bis zu 50 VDC vertragen. Selbst der Hersteller der Steuerkarte, welche ich zum Hochrüsten meines kürzlich erworbenen Creality Ender 5 Plus, gekauft habe hat den Unterschied zwischen der Spannungsversorgung die 12V/24V für die Logik meine Frage, ob ich 48 V an die Motorspannungsversorgungspins für eben meine SilentStepSticks5160hv verwenden kann, nicht gewusst. Ich hoffe es war ein Wissensdefizit des Support-Mitarbeiters.. Die Steuerkarte hat tatsächlich eigene Anschlüsse für die Motoren.

In die gleiche Lücke scheint es bei der Auswahl der Schrittmotoren zu geben. Die Schrittmotoren sind nach der mehr als dürftigen Dokumentation solche mit einem nominalen Spannungswert von 12V. Also klarer Fehleinsatz. Nema 17 Motoren mit einem nominalen Spannungswert von in der Größe 3V gibt es!

Ich gehe jetzt Schritt für Schritt vor. Da ich gerade jetzt meinen PC gekillt habe, kann ich die Testdrucke für die Kalibrierung nicht machen. Ich beschäftige mich daher damit über den Cura Slicer und seine Einstellungen zu lernen, wie auch das Betriebssystem Marli 2.0x. Eventuell kommt auch ein anderes Betriebssystem in Frage, aber da gibt es noch viel zu lernen.

Was ich auch gesehen habe ist, dass ich einige Schrittmotoren auch mit solchem von Typ Nema 23 ersetzen kann, z. B. jene 2 für das Bewegen des Tisches. Die ruhen unten am Rahmen und würden, auf der Tischfläche liegend die Nema17 Motoren ersetzen können. Der Motor für das Bewegen des Filaments ist OK, da de weniger Drehmoment benötigt. Der Motor für die Y-Achse könnte ersetzt werden, ich müsste dann aber die 2 Winkel an den Ecken des Rahmens ersetzen, damit die Achse für die Zahnriemen auf den größeren Abstand bei Verwendung eines Nema 23 Motors angepasst werden. Auch die 2 Zahnriemen müssten dann ersetzt werden. Aber das hat sicher keine Priorität.

Auch gibt es die Möglichkeit kräftigere Alu-Profile zu verwenden um größere Motorgewichte abzukönnen. Ich habe aber auf YouTube Videos gesehen, wie man den Riemenantrieb durch Linearlager ersetzt, welche dann auch der Starrheit der Elemente des Rahmens dienen könnte.

Damit erfüllt der von mir gewählte Schrittmotor eigentlich alle die Möglichkeiten der Aufrüstung für welche ich offen seien wollte. 3D Drucktechnik ist ja eine Technologie in rasanter Entwicklung. Drucken mit bis zu 4 Filamenten gibt es, sogar die Möglichkeit verschieden farbige Filamente nach dem Schmelzen zu mischen um so Farbverläufe im Druck zu realisieren. Auch rund um den Extruder gibt es Entwicklungen um eine größere Auswahl an Filament-Typen verwenden zu können.

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Schwere bewegte Massen sind natürlich immer ungünstig. Ich brauche mehr Drehmomment bei gleicher Beschleunigung und den Beschleunigungsimpuls (+/-) muss die Gesamtmasse der Konstruktion abfangen. Ist die zu leicht  und/oder weich ergeben sich eben die Vibrationen. Daher wie gesagt - der Tisch ist bei mir nur in Z bewegt. Da brauche ich die immense Dynamik nicht.

Klar ist mein bewegtes Achsenkreuz auch nich absoluter Leichtbau. Aber dürfte immernoch leichter als der Tisch sein. Und das Grundgerüst dürfte aausreichend Gewicht und Steifigkeit haben, um Virationen zu mindern. Ggf. kommen an/in de Seiten noch Schubfeldplatten.

Zum Schrittmotorverständnis:
Nunja ein Großteil der Nutzer wollen es schlicht laufen haben. Und das tut es offenbar. Denn wenn nicht würden sie nach den Fehlern suchen und diese beheben. Für die Hersteller stellt sich ja das Problem, dass es im Einstiegsmarkt extrem umkämpft ist. Da muss dann am Preis geschraubt werden. Und da sind deine Optimierungen nunmal ein ziemlicher Preistreiber.
Für beste Dynamik brauche ich viel Drehmoment und das möglichst auch bei hohen Drehzahlen. Für Drehmoment brauche ich Feldstärke. Die kann ich aus Strom oder aus Windungszahl holen. Als Beispiel nun zwei Motoren. Gewählt nach gleichem Nennmoment und Gehäuse ist auch gleich, was auf gleiche Rotorgröße schließen lässt.

Nummer1: Strom 0,85A, Spannung 5,4V, Drehmoment 36Ncm
Nummer2: Strom 1,68A Spannung 2,8V, Drehmoment 36Ncm

Wir tauschen also auch hier quasi Spannung gegen Strom. Und da kommt eben dein Ansatz ins Spiel. Für maximale Dynamik nimmt man eben gerne eine möglichst große Spannungsreserve, da dadurch, wie anderswo schon besprochen, das Drehmoment auch bei höheren Drehzahlen verfügbar ist und wir schärfere Rampen fahren können. Nun sind hier aber gleich mehrere Preistreiber begraben.
1. Wir brauchen mehr Strom fürs gleiche Drehmoment. Das bedeutet bessere Schrittmotorendstufen, die das auch abkönnen und am besten noch gekühlt. Das wird teuer.
2. Die Spannungsüberhöhung ist limitiert.
    2.1 Ich brauche ein Board, das einen guten Spannungsregler für die Logikversorgung hat, um direkt mit größerer Spannung fahren zu können. Zwei Netzteile ist teuer.
    2.2 Die Standardnetzteile sind max 24V. Mehr ist schon nichtmehr so Massenhaft verfügbar, was es beim Hersteller teurer macht.
    2.3 Die Schrittmotorendstufe muss das abkönnen. Und hier werden die Preise mit zunehmender Spannungsfestigkeit deutlich größer. Bei meinen Recherchen war bis 35V recht akzeptabel. Der nächste
          Sprung auf 50V wird schon deutlich.

Der Hersteller für günstige Drucker wählt also irgendwo eine günstige Lösung. Und da ist nunmal eine Stromreduktion verbunden mit begrezter Überspannung der Weg. Und die Dynamik wird dann ohnehin schon oft durch die Konstruktionssteifigkeit durch Vibrationen limitiert. Als funktioniert also.

Baut man nun selbst gibt es da entsprechende Methoden das anzupassen. Und weil wir Massenrabatte eh kaum bekommen schlagen sich die Differenzen in der Verfügbarkeit kaum nieder.
1. Wir nehmen einfach größere Endstufen und gönnen uns das, obwohl es teurer ist.
2.1 Wir fahren verschiedene Spannungsversorgungen. Wobei ich da noch sicher sein muss, dass wir kein Problem mit unterschiedlichen Potentialen bekommen. Das sollte aber machbar sien, wenn die Massen auf einen Punkt gelegt werden. Verschiedene Versorgungen bieten sich ja auch an. Board-Schrittmotoren-Heizer
2.2 Da Massenartikel nicht in dem Maße Erleichterung bringen, da wir nur einmal den Mehrpreis haben können wir auch ungewöhnlichere Spannungen fahren. Also ggf. auch 36-48V.
2.3 Hier wirds dann schon kniffliger. Denn wir gesagt ist der Preissprung von max 35V auf 50V schon deutlich. Ich persönlich würde wohl versuchen auf der unteren Schiene zu bleiben und erst bei Bedarf aufrüsten.

Ich denke nicht, dass es nötig ist auf Nema 23 zu gehen. Es gibt auch lange Nema17, die dürften in den meisten Fällen wohl mit weniger/keinem Umbau als Ersatz machbar sein.

Ich mache mir aktuell und über die nächsten Wochen wohl verstärkt Gedanken über die Steuerung. Grundsätzlich wird es wohl auf Marlin hinauslaufen. Was ich noch überlege ist, ob ich auf dem "Normbuild" für den Mega2560 aufbaue, oder direkt versuche eine 32bit Version mit Marlin 2.X aufzubauen. Für die TrinamicTreiber, die ja mehr Microschritte können, wäre eine höhere Rechenleisten vielleicht hilfreich, um das auch voll nutzen zu können. Wie ich das verstehe muss der Prozessor für jeden Teilschritt ein Taktsignal ausgeben. Wenn ich also die Teilung erhöhe brauche ich entsprechend mehr Takte.

 

Was ich in deiner Formulierung nicht verstehe ist wie du den Riemenantrieb durch Linearlager ersetzen willst. Der Antrieb hat ja höchstens Lager aber ist keines. Vielleicht kannst du das präzisieren.

Farbdrucken ist ganz nett. Ich werde aber mal bei zwei Druckköpfen bleiben. Denn ich möchte zwei Filamente primär, um an Support auch mal Wasserlösliches oder günstigeres Material einsetzen zu können. Ich plane aktuell eben eher technische Drucke und weniger Design. Und da wird ggf. mit Farbe nachgeholfen.
Anforderungsliste ist ABS möglichst präzise und wasserlöslicher Support. Ersteres heißt potente Hotends und gute Kapselung, letzteres bedingt die Möglichkeit ein zweites Filament einsetzen zu können. Da ich möglichs viel erschlagen möchte kommt eigentlich auch nur ein Direktextruder für eventuelle flexible Filamente in Frage.

Wie ich lese bist du am Optimieren. Da ich das ganze schon so abgesehn habe für mich, fange ich eben direkt bei Null an und baue es komplett auf. So hab ich nicht den Ärger etwas zu kaufen, das ich nicht behalten will. Und da gehört auch getauschtes dann für mich dazu. Fürs Kennenlernen aber mal eine grundsätzlich funktionierende Basis zu haben, um zu sehen, was man denn ändern will ist aber gut. Da hatte ich eben schon meine Beobachtungen auf der Arbeit und bei meinem Vater.

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So die Führungen sind da. Und ich halte fest: In der Genauigkeit habe ich mich massiv vertan. Ich hab mir die immer mit Spiel vorgestellt. Aber nix ist. :D Naja hatte noch nicht genug live damit zu tun. Ein "echter" Maschinenbauer hätte das sicher direkt besser abgeschätzt.

Sei es. So wirds für mich ja nur schöner, weil ich weniger Sorgen haben muss. Insbesondere was Kippen des Tisches und des Druckkopfes um die Führungen angeht.

Da die Aluplatten auch schon da sind, wird da Anfang Januar Vaters Fräse Spaß mit haben dürfen :D Und die Profile dürften dann auch bald auf dem Weg sein.

Langsam wirds ernst...

 

Daniel

Edited by DJK94
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Es ging etwas weiter in der Konstruktion und Planung.

Die Steuerungskomponenten sind bestellt. Ich versuche es auf Arduino Due mit Marlin. Auf das Treibershield kommen TMC2209 Endstufen.

Aktuell Druckkopfkonstuktion. Da gibts auch Eigenbau. Nur die Heatbreak und Düsen werden Zukaufteile.

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Der Coldendkühlkörper ist wassergekühlt, da ich eventuell den Druckraum temperiert habe. Aus Anschlussgründen völlig überdimensioniert voraussichtlich.

Aktuelles Kopfzerbrechen ist die Mechanik für den Dualextruderbetrieb. Für bessere Ergebnisse ist ein "aus dem Weg nehmen" des inaktiven Hotends sinnvoll.

Die gezeigte Schwenkmechanik hätte den Vorteil, dass die inaktive Düse sicher weit genug weg ist, um nicht ins Bauteil zu "kleckern" und auf dem SChwenkweg könnte man sich noch einen Abstreifer vorstellen. Ggf. ließe sich so sogar eine Position für einen gezielten Ansatz finden, um die Düse schonmal mit Druck zu versorgen bevors wieder ans Teil geht.
Allerdings kann man erkennen, dass diese Konstuktion sehr ausladend wird. Da die Extruder auch in minimalem Abstand montiert werden sollen, sodass sich fast ein Direktextruderantrieb ergibt, wird das Konstrukt auch entsprechend schwer. Wobei das Gewicht der Mechnik selbst vlt gar nicht mehr ist, als andere Lösungen.

Ein weiteres Konzept wäre ein "schlichtes" Anheben einer oder beider Düsen. Dabei einen "Wischer" zu implementieren könnte etwas schwieriger werden. Dafür besteht die Option, dass der Gesamtkopf etwas kompakter wird.

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Hellmut Kohlsdorf

Bei der Art deines 3D Druckers und der großen Massen die bewegt werden müssen, wirst du eh 2 getrennte Netzteile benötigen. Eines, und das erscheint mir sinnvoll, ist ein 24 VDC Netzteil für die Logik auf der Steuerkarte und ein 2. für die Schrittmotoren. Bei den Netzteilen zeigt es sich in YouTube Videos berichtet, benötigt ein 3D Drucker von der Stange, also z.B. ein Creality Ender 5, dauerhaft mehr als 500 W im Betrieb. 3D Drucker mit billigen 500 W Netzteilen fallen wegen Überlastung aus, weil dauerhaft mehr als 500 W gezogen werden. Meanwell 24 VDC 500 W Netzteil ist so dimensioniert, dass es die dauerhafte Belastung von mehr als 500 W verkraftet. Ich würde bei deinem 3D Drucker, wenn du z.B. einen 30 VDC liefernden 2. Netzteil 600 W für die Motoren und die Heizungen verwendest und einen 600 W 24 VDC für die Logik einsetzen tust sicher keine verkehrte Wahl. Heizelemente werden ebenfalls über die SilentStepSticks versorgt.

Wenn Du, was ich für wahrscheinlich halte auch Filamente aus einem anderen Material als PLA verwenden möchtest, dann musst du sowohl beim Heizen der Düse, wie auch der Platte viel Leistung bereit stellen. Habe gerade einen Betrag gelesen von jemanden der dafür auch die Raumluft gut kontrolliert erwärmen will, er nutzt fordernde Filamente und baut sich um den Drucker ein Gehäuse aus durchsichtigem Plastik. Es gibt auch dazu informierende Videos auf YouTube.

Eine gute Reserve für die Zukunft bei der Netzteil-Leistung zu haben ist sicher kein Fehler und die Verwendung von 24 VDC Netzteil für die Logik und z.B. um die 30 bis 35 VDC Netzteil für die SilentStepSticks. Mein Ender 5 Plus wird auf jedenfall 2 Netzteile haben.

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Es wird auf jeden Fall getrennte Netzteile geben.

Wie sehr ich die trennen kann, muss ich noch schauen. Das hängt unter anderem davon ab, ob mein Anschlussshield des Arduino Due das abkann. Denn wenn ich dessen Beschaltung richtig interpretiert habe, dann hat das zwei Versorgungsanschlüsse. Einen, der die Motoren und die Logik versorgt und einen separaten für die Heizbettversorgung. Die Heizpatronen scheinen auch übers Shield zu laufen.

Was sich sicher schonmal trennen lässt, sind die Versorgungen für die Heizungen. Denn da kann ich Lastrelais oder FET ans Board anschließen und darüber direkt versorgen. Ob die Motoren eine getrennte Versorgung bekommen muss ich dann am Board sehen. Die Treiberboards mit den TMC2209 haben zumindest eigene Anschlüsse für Motorspannung. Aber da muss ich checken, ob ich die dann vom Shield trennen muss. Wenn die eine eigene Versorung bekommen können, kann ich natürlich ans Limit der TMC gehen.

Die Logik selbst bräuchte dann ja auch keine 24V. Denn die wird für den Arduino eh auf 3,3/5V runtergeregelt. Und vor allem bräuchte eine Versorgung, die nur die Logik versorgt auch nicht derart viel Leistung. Der Controller kann damit nichts anfangen.

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Hellmut Kohlsdorf

Ich glaube deine Funktionsteilung ist falsch. Für die Steuerkarte sind Motoren und Heizungen gleich angesprochen, sie werden über die SilentStepSticks gesteuert. Der andere Anschluss versorgt ausschließlich die Logik auf der Karte.

 

Aber eine Arduino-Karte mit einem 8-Bit-Controller dazu zu benutzen den GCode zu verarbeiten ist keine gute Wahl aus den von mir oben genannten Gründen.

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Ich denke, du hast meinen Aufbau nicht ganz verstanden.

Ich verwende einen Arduino Due als Prozessor. Das ist die 32bit Version von Arduino. Es gibt da auch andere Boards, aber das schien mir für mich am geschicktesten, da ich zumindest bei rohprogrammierung die Arduino IDE nehmen kann und meine Schwester und mein Vater da schon mit gearbeitet haben, sodass ich vielleicht leichter an einfachen Support komme. Einlesen wird immernoch nötig sein, aber für einfache Schritte ist es schön Ansprechpartner zu haben. Da ich mit den TMC ja Treiber habe, die ordentlich Microschritte können und ich mit dem Dualextrudersetup etwas mehr aufwand verursache wollte ich schon die Kapazitäten eines 32bit Prozessors offenhalten. Denn du hast recht, mit Pech wäre eine 8bit Lösung ans Limit gekommen. Außerdem habe ich mit dem unten benannten Shield direkt genug Anschlüsse ohne zusätzliche Pins selbst suchen und beschalten zu müssen.

Auf das Prozessorboard wird ein Shield gesteckt. Das nennt sich in dem Fall RADDS. Dieses ist praktisch die Schnittstelle zwischen dem Prozessor und den Verbrauchern.
An dieses Shield wird die Hauptversorgung angeschlossen. Diese wird vom Shield passend an den Prozessor weitergereicht und versorgt alle direkt angeschlossenen Verbraucher.
Auf dem Shield ist auch nötige Beschaltung, um von den Prozessorpins die nötigen Sensoren auslesen und die Verbraucher ansteuern zu können. Für die Heizungen sind entsprechende Leistungs-FET vorhanden und das Heizbett hat sogar einen zusätzlichen Stromanschluss. Für die Schrittmotortreiber sind entsprechende Steckplätze vorhanden. Über diese werden die Steuersignale und Versorgung an die Treiber gegeben.
Die Stromversorgung wird also grundsätzlich erstmal zentral über das Shield geleitet.

Jetzt kann man natürlich versuchen die Spannungsversorgungen trennen. Die Heizungen könnten über zusätzliche Leistungsschalter (Relais/FET) an eine eigene Versorgung angeschlossen werden. Die Schrittmotortreiber eventuell an Vmot. Aber wie die Schrittmotortreiber meine Heizungen antreiben sollen ist mir ein Rätsel. Die Treiberkarten (Link im obigen Post) haben nur Spannungseingänge, aber keine Ausgänge. Also können die auch nicht die Versorgung durchreichen.

Ich denke, wenn ich erste Bilder liefern kann wirds klarer.

Daniel

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Mal zwischendurch eine kleine Übersicht einiger Komponenten und des zusammengestellten Rahmens. Mittlerweile ist der Rahmen mit Gewindeformverbindern verschraubt und dürfte "ausreichend" Stabil sein.

Ein paar Frästeile sind schon vorgefräst und müssen die nächsten Tage noch fertig gebohrt und manuell auf Endkontur gefräst werden. Ich hatte relativ wenig Zeit auf der CNC und mit Vorbohren und Kontur anfräsen ist das Gröbste getan. Wichtig waren Lagersitze und die Positionsmarkierung der Bohrungen. Der Rest ist nicht wild, wenn ichs "vermacken" sollte und kann gröber erfolgen.

 

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  • 3 weeks later...
Hellmut Kohlsdorf

Deine Fotos sind für mich auch wertvoll, weil ich angefangen habe über den Bau einer CNC nachzudenken. Deine kräftigen vertikalen Alu-Profile gehen in die Richtung, wie ich meinen Grundrahmen zu realisieren plane, Gedacht habe ich an eine Grundfläche von 100 x 50 cm. Bei den Schrittmotoren werde ich dir mir vertrauten NEMA 34 oder größer planen.

Andere Nachforschungen haben mir gezeigt, das auch bei einer CNC die Maschine mit G-Code gesteuert wird. Es koennte also ohne weiteres sein, dass die von mir fuer meinen 3D Drucker geplante Steuerkarte mit dem Marlin 2,x Betriebssystem yum Einsatz kommt. Es gibt im Netz auch Beispiele in CNC dafuer.

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Die Grundkonstruktion ist auch von einer CNC-Portalfräse inspiriert.

Wie du richtig erkannt hast, werden CNC-Maschinen G-Code gesteuert. Der Steuerung ist im Grunde ja auch ziemlich egal welcher Verbraucher die Signale empfängt.

Bei einem Umbau auf eine Fräse müsste ich im Grunde nur den Riemenatrieb ordentlich untersetzen oder am besten auf Spindeln umbauen. Der übrige Rahmen sollte Steif genug für einfache Fräsarbeiten sein.

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  • 2 weeks later...
Hellmut Kohlsdorf

Ich muss leider erst meine anderen Projekte an der Werkstatt soweit bringen, dass ich weiter über eine Realisierung einer CNC vorangehe.

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  • 3 weeks later...

So es geht hier weiter. Da ich nur nach Feierabend in der Firma an die Maschinen kann und wir viel zu tun haben komm ich mit dem Fräsen der Teile nur langsam voran.

Aber ich konnte die letzten Wochen doch dann mal die nötigen Adapter zur Befestigung der Führungen und die Tischseitenteile fertig machen. Also gibts jetzt auch mal wieder Bilder.

Der Tisch besteht im Groben aus den zwei Seitenteilen und Querstreben aus 20mm Aluprofil.

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Nachdem der Tisch fertig war konnte ich auch die Positon und Ausrichtung der Führungssschinen und Spindel für die Z-Achse festlegen udn die Schrauben anziehen. Mit der Bohrmaschine lässt sich die z-Achse nun schon sauber auf und ab bewegen.

IMG_1451.JPG.bdcdf33b01208ac9ed41043380ea5a09.JPG

Die Y-Achsen Führungen sind nur locker fixiert. Die können erst fest, wenn ich die X-Achse soweit habe, dass die beiden Führugnswägen verbunden sind.

Was mich noch gespannt sein lässt, ist die Ausrichtung der Achsen final. Sprich die Achsen müssen final winklig zueinander ausgerichtet werden. X und Y zueinander stelle ich mir noch relativ einfach vor. Da kann ich ein Papier auf den Tisch legen und Striche malen. Die mit einem Winkel vergleichen und/oder ausmessen. Nur für die Z-Achse muss ich dann noch schauen. Wasserwage erscheint mir nicht ganz passend. Steht der Drucker schief, müssen die Schienen ja auch schief stehen. Vielleicht gehts mit einem Winkel, wenn ich das Bett parallel zur XY-Ebene ausgerichtet habe.
Ansonsten Probedrucke. Wobei man dann auch sicher sein muss, ob Versatz aus Verzug oder Ausrichtung kommt.

Das kann aber auch noch etwas warten, da ich erstmal die übrige Achse und die Riementriebe fertig bekommen muss. Und dann muss die Steuerung dran.

Soweit erstmal. Bis bald in diesem Wahnsinn :D

Daniel

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Mir kam gerade die Idee, wie ich die Z-Achse sicher ausrichten können müsste. Wenn ich einen Anschlagwinkel an die Y-Führung anlege, dann muss die Z-Führung genau winklig dazu sein.

Oder habe ich da einen Denkfehler?

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