TMC2208 für den Anycubic I3 Mega

Achtung: dieser Artikel beschreibt meine ganz persönlichen Umbaumaßnahmen an meinem Drucker. Die Beschreibung kann fehlerhaft oder unvollständig sein oder für Deinen Drucker ungeeignet sein. Wenn Du Deinen Drucker nach meinem Bericht umbaust, dann tust Du das auf eigene Gefahr. Außerdem solltest Du Dir darüber im klaren Sein dass Du bei diesem Umbau auf jeden Fall Deine Garantie verlierst und darüber hinaus, dass Du Deinen Drucker irreparabel zerstören kannst. Ich bin nicht verantwortlich für einen Garantieverlust oder Schäden an Deinem Drucker. Ich übernehme keine Haftung.

Falls sich hier Fehler eingeschlichen haben, bin ich für Hinweise sehr dankbar!

Einleitung und Hinweise

Vor kurzem habe ich in meinem Anycubic I3 Mega die A4988 Schrittmotortreiber gegen TMC2208 getauscht, da ich ihn leiser haben wollte. Dies hier ist mein Bericht vom Umbau.

Ich möchte darauf hinweisen, dass der Umbau nicht bei allen I3 Mega Druckern möglich ist, da Anycubic zeitweise einige Drucker verkauft hat bei denen die Schrittmotortreiber fest verlötet sind und nicht ausgetauscht werden können. Also vor dem Kauf besser prüfen.

Bei den Treibern, die ich eingebaut habe, musste man vor der Inbetriebnahme die Drehrichtung der Schrittmotoren ändern. Das geht auf mehrere Arten. Ich habe das über Änderungen in der Firmware getan. Ich habe dabei diese Firmware verwendet: https://github.com/davidramiro/Marlin-AI3M

Für die Firmwareänderung sollte man wissen wie so etwas grundsätzlich funktioniert. Ich erkläre das hier nicht. Man darf auch nicht irgendeine Firmware nutzen. Man muss sich sicher sein dass man eine Firmware verwendet, die genau zum Drucker passt. Ansonsten funktioniert der Drucker anschließend nicht mehr oder es wird sogar Elektrik oder Mechanik beschädigt. Dass habe ich natürlich vorher geprüft und sichergestellt.

Ich habe bei meinem Drucker nur die Schrittmotoren für die X,Y und Z-Achse getauscht, nicht aber für den Extruder. Bei meinem Drucker habe ich noch diesen alten metallischen Extruder ohne Übersetzung. Das bedeutet, dass der Schrittmotor hier sehr viel Kraft braucht. Ich habe in Foren gelesen, dass es mit diesem Extruder bei einem Austausch des Treibers auf den TMC2208 Probleme mit Überhitzung geben soll oder dass die Treiber nicht stark genug sein sollen. Deshalb habe ich hier lieber den A4988 belassen. Der Drucker ist trotzdem wesentlich leiser geworden und ich bin mit dem Ergebnis sehr zufrieden.

Was ich brauchte

Teile

• 5X Bigtreetech TMC2208 V3.0 Schrittmotortreiber Step/DIR (von Amazon)
• Noctua NF-A4x10 FLX, Leiser Premium-Lüfter, 3-Pin (40x10mm, Braun) (von Amazon)
• Lüftungskanal zur besseren und leiseren Belüftung der Schrittmotortreiber, z.B.
  • https://www.thingiverse.com/thing:2878826
  • https://www.thingiverse.com/thing:3796022 (war bei mit etwas zu kurz, daher vielleicht nicht optimal)
• Schrumpfschlauch

Den Lüftungskanal habe ich übrigens aus PETG gedruckt. Man kann auch ABS verwenden. PLA ist nicht besonders hitzebeständig und daher nicht die beste Wahl.

Werkzeuge

(zusätzlich zum üblichen Werkzeug zum Schrauben am Drucker)

• Keramik Schraubendreher zum Einstellen der Spannung am Treiber
• Einfaches Multimeter zum Messen der Spannung am Treiber

Vorbereitung

Ich habe als erstes in Octoprint meine Firmware Einstellungen ausgelesen, und mir die e-steps für den Extruder notiert, damit ich diese nach dem Firmware Update einfach wieder setzen kann ohne den Extruder erneut kalibrieren zu müssen.

Dazu habe ich in Octoprint im Terminal den Befehl M503 gesendet. In der Ausgabe ist folgende Zeile relevant: M92 X80.00 Y80.00 Z400.00 E99.00

Der Wert E99.00 sind die e-steps für den Extruder und die habe ich mir notiert.

Montage

Zuerst habe ich den Netzstecker entfernt!

Demontage alte Treiber

Danach habe ich den Drucker auf seine Rückseite gelegt.
Achtung! Dabei macht sich das Druckbett durch die Schwerkraft selbstständig und kann beschädigt werden.
Dann habe ich das Gehäuse von unten geöffnet. Dazu habe ich die Querstrebe entfernt (2 Schrauben) und anschließend das Blech (8 Schrauben)

Jetzt habe ich den Mainboardlüfter und die Lüfterhalterung entfernt. Beides wird nicht mehr benötigt. Den Lüfter habe ich am Kabel abgeschnitten. Das Kabel habe ich so lange gelassen dass ich noch bequem den neuen Lüfter anlöten konnte.

Nun habe ich das Flachbandkabel aus dem SD-Kartenleser vorsichtig heraus gezogen. Zuvor habe ich die Einsteckrichtung mit einem wasserfesten Filzschreiber markiert. Außerdem habe ich für einen evtl. späteren Rückbau markiert, welcher Treiber wo sitzt.

Danach konnte ich die Treiber für x,y,z und E1 (2. Z-Schrittmotor) vorsichtig mit einer Flachzange abziehen. Tip: wenn man jeweils den Stecker darunter vorher entfernt, dann kommt man mit der Zange besser an den Treiber heran. Direkt nach dem Herausziehen eines Treibers habe ich den zugehörigen Stecker wieder eingesteckt, damit ich nicht versehentlich ein Kabel vertausche. E0 habe ich belassen, da es sich dabei um den Treiber für den Extruder handelt, den ich nicht tauschen wollte.

Montage neue Treiber

Jetzt war es soweit: dieTMC2208 Treiber konnten endlich eingesetzt werden. Ich habe dabei genau auf die Beschriftung geachtet. Die Pins von GND und DR müssen auf Board und Treiber übereinstimmen. Die Schraube zum Einstellen der Spannung ist keine Orientierungshilfe! Im Gegenteil – sie ist anders herum ausgerichtet. Achtung! Wenn man an dieser Stelle etwas falsch macht, zerstört man Treiber und Board!

VREF einstellen

Achtung! Der Drucker darf ohne Einstellung der VRef an den neuen Treibern nicht benutzt werden. Eine zu hohe Spannung kann dazu führen dass Treiber oder Schrittmotoren überhitzt und zerstört werden. Eine zu niedrige Spannung ist nicht so kritisch kann aber zu Schrittverlusten und somit Fehldrucken beim Drucken führen. Dies kann später durch Erhöhen der Spannung korrigiert werden.

Damit an den Treibern die Spannung gemessen werden konnte musste, ich zuvor den Netzstecker wieder einstecken und den Drucker einschalten.

Achtung! Die Schrittmotoren dürfen nicht betätigt werden solange die VRef Spannung noch nicht korrekt eingestellt wurde. Ansonsten kann die Elektronik oder der Schrittmotor zerstört werden. Es wird empfohlen die Kabel zu den Schrittmotoren vor der Einsellung der VRef Spannung auszustecken. Dabei darf der Drucker aber nicht unter Spannung stehen. Also nur bei ausgeschaltetem Drucker oder gezogenem Netzstecker die Stecker ziehen.

Das Messgerät musste jetzt so eingestellt werden, dass ich eine Spannung von ca 1V Gleichstrom messen konnte.

ACHTUNG! Beim Messen muss man sehr vorsichtig sein, dass man keinen Kurzschluss mit den Messpitzen verursacht und damit den Drucker zerstört oder sich selbst verletzt.

Das Messen und Einstellen der VREF habe ich für jeden einzelnen TMC2208 Treiber wie folgt erledigt:

• Die schwarz Messpitze an der Masse angelegt und die rote Messpitze an einer der 3 Bohrungen (die direkt neben dem EN Pin) angelegt. Siehe Bilder!
• Die Spannung abgelesen und die Messung beendet
• Mit einem Keramik Schraubendreher in ganz kleinen Schritten (1/8 Drehung) die Spannung justiert und erneut gemessen.

Das ganze habe ich solange wiederholt, bis ich möglichst genau 0,8V erreicht habe. Kleine Abweichungen von 0,79 oder 0,81 habe ich ignoriert.

Nachdem alle Treiber eingestellt waren habe ich den Drucker wieder ausgeschaltet und den Netzstecker wieder abgezogen.

Lüftung einbauen

Nun habe ich die Aluminiumkühlkörper auf die Treiber aufgeklebt. Dabei war die Orientierung der Kühlkörper entsprechend der Luftströmungsrichtung im späteren Lüftungskanal zu beachten. Die Rillen müssen parallel zur Luftströmungsrichtung verlaufen. Die Klebeflächen müssen Fett und staubfrei sein.

Anschließend habe ich den Noctua Lüfter in den selbst gedruckten Lüftungskanal eingesetzt.

Den neuen Lüfter habe ich an die verbliebenen beiden Kabel vom alten Lüfter angelötet. Dabei war darauf zu achten, dass das rote mit dem roten Kabel und das schwarze mit dem schwarzen Kabel verbunden wurde. Die Lötstelle habe ich mit Schrumpfschlauch isoliert, den ich vor dem Löten über die Kabel gezogen habe und dann mit einem Feuerzeug geschrumpft habe.

Anschließend habe ich den zweiteiligen Lüftungskanal mitsamt Lüfter eingesetzt.

Danach habe ich das Flachbandkabel wieder in den SD-Kartenleser eingesteckt. Das Klebeband das man auf dem Foto sieht, kann man sich allerdings sparen. Bei mir hat das nicht lange gehalten.

Bevor ich das Druckergehäuse verschraubt habe, habe ich den Drucker nochmals mit dem Netzkabel verbunden und eingeschaltet und geprüft ob der Lüfter auch wirklich funktioniert, da bei einer Fehlfunktion die Treiber zu heiß werden und zerstört werden könnten.

Damit der Lüfter startet muss man einmal eine Achse ein wenig verfahren. Achtung! dass es dabei keine Kollision der Achsen gibt, da der Drucker ja noch liegt. Den Drucker dafür am besten ein wenig aufrichten, aber aufpassen dass die Finger nicht von beweglichen Teilen eingequetscht werden, wenn eine Achse verfahren wird. Beim Verfahren muss man unbedingt daran denken dass die Achsen durch den Umbau noch in die falsche Richtung fahren. Nach der Sichtprüfung, wenn der Lüfter tatsächlich funktioniert, den Drucker wieder abschalten und den Netzstecker wieder ziehen.

Zum Verschließen des Gehäuses habe ich nun das Bodenblech noch um 180 Grad zur ab Werk ursprünglichen Position gedreht und angeschraubt. So ist die Belüftung etwas besser dort wo man sie braucht.

Firmware anpassen

Nun musste die Firmware angepasst werden, damit die Schrittmotoren in die richtige Richtung drehen.

Auf meinen Drucker läuft folgende Firmware: Anycubic i3 Mega / Mega-S Marlin 1.1.9 by davidramiro, zu finden unter https://github.com/davidramiro/Marlin-Ai3M.

Um die Drehrichtung umzukehren nimmt man Änderungen in der Configuration.h vor. Bei folgenden Variablen habe ich die Werte von true auf false bzw. von false auf true geändert.

• define INVERT_X_DIR
• define INVERT_Y_DIR
• define INVERT_Z_DIR
• define INVERT_E1_DIR

Nach der Änderung habe ich diese gespeichert und die Firmware in der Arduino Entwicklungsumgebung kompiliert und anschließend die erzeugte HEX-Datei mit Octopi auf den Drucker übertragen.

Inbetriebnahme und Test

Auf folgende Weise habe ich den Drucker dann in Betrieb genommen. Es ist sehr wichtig dass man dabei sehr vorsichtig ist und man immer eine Hand am Netzschalter hat. Für den Fall dass es eine Kollision oder eine sonstige Fehlfunktion gibt, kann man den Drucker so schnell abschalten.

• Alle Achsen bei ausgeschaltetem Drucker mittig ausgerichtet
• Drucker eingeschaltet
• Vorsichtig die Achsen über das Menü des Druckers in kleinen Schritten verfahren und geschaut ob sie in die richtige Richtung verfahren
  • Wenn ja dann: dann die Home-Positionen anfahren. Dabei den Drucker im Notfall über den Netzschalter schnell abschalten.
  • Wenn nein: die Firmware-Einstellungen überprüfen.
• Nachdem das funktioniert hat, habe ich das Druckbett kalibriert
• Danach habe ich die E-Steps des Druckers für den Extruder überprüft (mit M503 ). Sollte der ausgegebene Wert vom vorher gemerkten Wert abweichen, dann muss der Wert wie folgt korrigiert werden:
  • M92 E###.# (in meinem Beispiel M92 E99.00)
  • M500 (speichert den Wert)
  • Drucker neu starten und mit M503 nochmal überprüfen.
• Zum Abschluss habe ich einen Testdruck bei hoher Druckgeschwindigkeit durchgeführt, da so schneller Schrittverluste auftreten. Und ob es welche gibt, kann so effektiv überprüft werden.
• Bei Schrittverlusten (das erkennt man an Layershifting) muss für die betroffene Achse die VRef Spannung in 0,05V Schritten erhöht werden bis der Druck perfekt funktioniert. Benötigt man aber mehr als 1V dann stimmt etwas nicht. Dann ist evtl. die Mechanik schwergängig. Das sollte man unbedingt beheben, denn das weitere Erhöhen der VRef-Spannung lässt den Schrittmotor bzw. den Treiber überhitzen.

Ende

Das war es mit meinem Umbau auf TMC2208-Schrittmotoren Treiber. Bei mir gab es mit einer VRef von 0,8V glücklicherweise keine Schrittverluste. Damit war das Experiment geglückt. Ich war sehr froh, denn ich hatte schon ein bisschen Angst etwas falsch zu machen und das Board oder die Treiber zu beschädigen. Aber mit Ruhe, Gelassenheit, Konzentration und ein wenig Einarbeitung in die Materie klappt das schon.

Zum Schluss möchte ich gerne noch ein paar Links zu Videos teilen, die mir sehr geholfen haben:

• Der Einbau eines Lüftungskanals: https://www.youtube.com/watch?v=gnmllKOjww8
• Der Einbau der Treiber: https://www.youtube.com/watch?v=hWz1tX5y2G0
• Noch eine weitere sehr gute Anleitung für den Einbau der Treiber: https://www.youtube.com/watch?v=TubpTMFkbVs