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. This was not the case.

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. Kattints a kinagyításhoz.

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.A központi M3 csavar műanyag, hogy ne zavarja a mágnest.

Jelenleg kiabálva, mint egy Banshee ebben a tájolásban.

Egyéb tervezési jegyzetek

Miután az izzószál kifogyott, a készülék az asztalra esik.
Van néhány más dolog, amit meg kell említeni a tervezésről:

A labda lánc nyitható és zárható. Ez azt jelzi, hogy a készülék felszerelhető az izzószál körül, miközben a nyomtató használatban van. Nem kell eltávolítani a filamentumot és szálat az eszközön keresztül az előző verzióval.

A golyósláncnak van egy másik előnye: a sima golyók, mint a kis csapágyak az izzószálon. Nincs észrevehető kopás vagy szennyeződés.

Az összes alkatrész kábelezése – különösen mindkét akkumulátor érintkező – A burkolat egyetlen oldalára nem jelzett repülő vezetékeket a két héj között. This allowed me to glue wires in place, which in turn indicated much easier assembly (no pinched wires!) and a a lot more robust device overall.

Van egy kis mennyiségű hiszterézis a mágnes vonzerejétől a labda lánclánchoz. The device requires a minor “tap” to shut off once it has turned on. Ez kellemes volt, de véletlen, és szemlélteti, hogy milyen szorosan fizikai tervezési választási lehetőségek befolyásolhatják a működést.

Before creating the prototype I did a small proof-of-concept for a different idea: using a rolling ball tilt switch to sense orientation and activate the buzzer. Ezek a kis eszközök két fémlabdát használnak az eset belsejében, hogy bezárják vagy megnyissák az elektromos csatlakozást az orientációtól függően. Sajnálatos módon a kapcsolat kicsi, és nem hordoznak az áramot nagyon jól. The buzzer emits only a faint, strangled sound with the power flowing directly through a rolling ball switch. Ezt a problémát sokkal több alkatrész hozzáadásával lehet rögzíteni a tervezéshez, de a gördülő mágnes és a reed kapcsoló technikát helyett választották ki.

Video turné

FIGYELMEZTETÉS: A hang hangos hangjelzésből áll

Eredmények

Az új prototípus siker volt, és nem csak azért, mert a várt módon elvégezte a tervezett munkáját. Ez sikeres folyamat volt, mert:

Továbbra is érvényesítette az alapvető előfeltevést: a nyomtató maga nem kell tudnia, hogy ez kívül esik, mindaddig, amíg az üzemeltető értesítést kap, és ideje cselekedni.

Olcsó és gyorsan létrehozható.

Tervezési változások Az eredeti prototípusból származó tanulságok miatt sikeresen integrálódott.

Az iteratív prototípusozási folyamat használata

A Prototyping Mister Screamer-ben a következőket tettem, hogy megkapja a legjobb eredményt egy iteratív megközelítésből:

Adja meg alaposan a problémát és a hatót. Győződjön meg róla, hogy a probléma, amit gondolsz, ugyanaz, ami valójában létezik. A projekt egyik részében rájöttem, hogy a problémám nem igazán volt, hogy a nyomtatónak nem volt filamentum monitorja. My problem was that filament could run out unnoticed even if I was in the same room.

Tervezzen valamit, ami megoldja a megfigyelt problémát, nem sokkal több és nem kevesebb.

Ellenőrizze bizonyos ötleteket egy olyan koncepcióval, mielőtt egy prototípusra irányítaná őket.

A prototípust olyan gyorsan és olcsón készítsük, amennyit csak tudsz.

Teszt a valós körülmények között. A prototípus valószínűleg legalább egy módon sikertelen lesz, és a rejtett problémák kénytelenek lesznek a felszínre. Győződjön meg róla, hogy a kudarc-eredmények valamit megtanulnak.

Használja azt, amit megtanultam, hogy finomítsa a designt.

A MISTER SCREAMER V2 kielégítette az összes követelményt, de még mindig olyan felfedezéseket eredményezett, amelyek felhasználhatók egy későbbi verzió javítására. A legnagyobb lecke az volt, hogy ez a design nagymértékben függ a használt 3D-s nyomtató elrendezésétől.

Az első nyomtatóban (emaile3d n2) az izzószál a nyomtatási területről van szó. Not only is there room for the device to hang from a spool, there isn’t any risk of the unit ending up somewhere troublesome when it falls. Más 3D nyomtatók fizikai elrendezést okozhatnak, amelyek nem engedélyezik a Mister Screamer jól működését. Ha a készülék a nyomtatófej útján halászik, vagy a nyomtatási területre eshet, ha a filament elfogy, ami bajt kért.

Ahogyan áll, a Mister Screamer v2 elég jól működik ahhoz, hogy megbízhatóan használják a valódi munkát, még akkor is, ha a hatókör általában a saját nyomtatója és szükségleteimre összpontosít. Az egyre növekvő javulások csábíthatnak, hogy üldözhessék, de ritkán kell iterálni, amíg egy lehetőség tökéletes. If a problem has been correctly identified and understood, it becomes much much easier to judge when the option is done.

The enclosure design for this version of Mister Screamer is available on GitHub.