IMPROVING MISTER SCREAMER; AN 80 DECIBEL FILAMENT ALARM

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. Klikk for å forstørre.

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.Central M3 bolt er plast, for ikke å forstyrre magneten.

For tiden shrieking som en banshee i denne orienteringen.

Andre design notater

Når filamentet løper ut, vil enheten falle til bordplaten.
Det er noen andre ting å nevne om designen:

Kulkjeden kan åpnes og lukkes. Dette indikerer at enheten kan installeres rundt filament mens skriveren er i bruk. Du trenger ikke å laste filament og trekke den gjennom enheten som med den forrige versjonen.

Ballkjeden har en annen fordel: de glatte ballene ruller som små lagre på selve filamentet. Det er ingen merkbar slitasje eller forurensningsrisiko.

Kobling Alle delene – spesielt begge batterikontaktene – til en enkelt side av kabinettet indikerte ingen flygende ledninger mellom de to skallene. Dette tillot meg å lim ledninger på plass, som igjen indikerte mye enklere montering (ingen klemmet ledninger!) Og en mye mer robust enhet generelt.

Det er en liten mengde hysterese fra attraksjonen til magneten til ballknappen. Enheten krever en mindre “trykk” for å slå av når den er slått på. Dette var behagelig, men utilsiktet, og illustrerer hvor nært fysisk designvalg kan påvirke driften.

Før du lager prototypen, gjorde jeg et lite bevis på konsept for en annen ide: ved hjelp av en rullende ball-tiltbryter til Sense Orientering og aktiverer summeren. Disse små enhetene bruker to metallballer i et tilfelle for å enten lukke eller åpne en elektrisk tilkobling avhengig av orientering. Dessverre er forbindelsen gjort liten, og de bærer ikke nåværende veldig bra. Buzzeren sender bare en svak, strammet lyd med strømmen som strømmer direkte gjennom en rullende ballbryter. Dette problemet kan løses ved å legge til mange flere komponenter til designet, men den rullende magnet- og reed-bryterteknikken ble valgt i stedet.

Video tur

Advarsel: Audio består av høyt piping

Resultater

Den nye prototypen var en suksess, og ikke bare fordi det gjorde sin tiltenkte jobb på forventet måte. Det var en vellykket prosess fordi:

Det fortsatte å validere grunnpremien: Skriveren selv trenger ikke å vite at den er ute av filament, så lenge en operatør blir varslet og har tid til å handle.

Det var i stand til å bli opprettet billig og raskt.

Designendringer på grunn av erfaringer fra den opprinnelige prototypen ble integrert.

Bruke den iterative prototypingsprosessen

I prototyping Mister Screamer gjorde jeg følgende for å få de beste resultatene fra en iterativ tilnærming:

Definer problemet og omfanget nøye. Pass på at problemet du tror du har, er det samme som faktisk eksisterer. I del et av dette prosjektet fant jeg ut at problemet mitt ikke egentlig var at skriveren min ikke hadde en filamentmonitor. Mitt problem var at filament kunne løpe ubemerket selv om jeg var i samme rom.

Design noe som løser det observerte problemet, ikke mye mer og ikke mindre.

Test visse ideer med et bevis på konsept før de begår dem til en prototype.

Gjør prototypen så raskt og billig som du kan.

Teste i virkelige forhold. Prototypen vil trolig mislykkes eller falle kort på minst en vei, og skjulte problemer vil bli tvunget til overflaten. Pass på at feilen resulterer i noe som læres.

Bruk det som ble lært å finjustere designet.

Mister Screamer V2 tilfredsstilte alle kravene, men ga fortsatt funn som kunne brukes til å forbedre en påfølgende versjon. Den største leksjonen som læres var at dette designet er svært avhengig av at utformingen av 3D-skriveren blir brukt.

I min spesielle skriver (en heve3d n2) er filamentspolen godt borte fra utskriftsområdet. Ikke bare er det rom for enheten å henge fra en spole, det er ingen risiko for at enheten som ender opp et sted, når det faller. Andre 3D-skrivere kan ha fysiske layouter som ikke tillater Mister Screamer å fungere godt. Hvis enheten dangler i veien for skrivehodet, eller kan falle i utskriftsområdet når filamentet løper ut, spør du om problemer.

Som det står, gjør Mister Screamer V2 sin jobb godt nok til å bli pålitelig brukt til ekte arbeid, selv om omfanget er fokusert generelt på min egen skriver og behov. Ever-økende forbedringer kan være fristende til å jage, men det er sjelden nødvendig å iterere til et alternativ er perfekt. Hvis et problem er blitt korrekt identifisert og forstått, blir det mye lettere å dømme når alternativet er gjort.

Kabinettet for denne versjonen av Mister Screamer er tilgjengelig på Github.