Fix your Z axis with Oldham couplings, dual z screws & thrust bearings!

Summary

このビデオでは、Ender 3のZ軸を完全に再構築し、象の足、Zバンディング、不規則な最初の層などの一般的な問題を解決する方法を紹介します。ダイヤルゲージを使用して、元の状態と改造後のZ軸を比較し、定量的な結果を示します。具体的には、ガントリーの片側のサポート不足、リードスクリューの固定方法、Z軸モーターの取り付け方が原因で発生する問題に焦点を当て、BLVキットの微調整、AliExpressからのZ軸剛性キットの使用、二重Zキットの応用を通じて、これらの問題を一掃します。しかし、新しいステッパードライバーの誤接続によるトラブルに遭遇し、次回のビデオで修正後のプリンターのテスト結果を共有する予定です。

Takeaways

• 👣 The Ender 3 has several issues with its z-axis that lead to inconsistent layer heights
• 🔧 Using a dial gauge reveals significant inaccuracies in z-axis movements
• 📏 The unsupported side of the gantry has much more inconsistent z-axis movement
• ⚙️ A rigid z-axis kit helps square and reinforce the vertical rails
• 🛠 Dual z-axis kits can help align the lead screws and reduce binding
• 🧰 Special couplings allow lead screw misalignment without affecting prints
• 🆕 A thrust bearing handles the gantry weight instead of the stepper motor
• 🚧 Swapped stepper motor wires caused driver failures requiring board replacement
• ♻️ Larger z-axis pulleys provide better resolution but required longer belt
• 👀 Further testing coming after replacement mainboard delivery

Q & A

Ender 3のZ軸を再構築する目的は何ですか？

Z軸の問題、特に象の足、Zバンディング、一貫性のない最初の層などを解決するためです。

Ender 3の元の状態における主な問題点は何ですか？

ガントリーの片側にサポートがないこと、リードスクリューとガントリーの不適切なアライメント、Z軸モーターへの過剰な軸負荷です。

Z軸の問題を解決するためにダイヤルゲージを使用する理由は何ですか？

元の状態と改造後の状態を比較して、定量的な結果を示すためです。

BLVキットで遭遇した小さな問題とは何ですか？

ナットスロット間の間隔が非常に狭かったため、Dremelを使用して調整する必要がありました。

Z軸剛性キットを使用する主な目的は何ですか？

Z軸を正方形に引っ張り、固定して将来的に動かないようにするためです。

デュアルZキットを使用する利点は何ですか？

Z軸のアライメントを向上させ、軸の負荷を分散させることで、印刷品質を向上させます。

オールドハムカップリングの使用目的は何ですか？

スクリューとナットのわずかな不整合を吸収し、印刷に伝達されるウォブルを最小限に抑えるためです。

Z軸モーターの問題を解決するために設計された装置とは何ですか？

モーターをリードスクリューの上に固定し、ベルト駆動を使用することで、内部のばねワッシャーによる問題とアライメントの問題を解決する装置です。

なぜZ軸のステッパードライバーが焼損したのですか？

新しいケーブルをプラグアンドプレイと仮定し、中間の二つのケーブルが入れ替わっていることに気づかずに接続したためです。

改造後のEnder 3をテストできなかったのはなぜですか？

Z軸ステッパードライバーが焼損し、交換用のボードが届くまで時間がかかるため、テストを実施できませんでした。

Outlines

00:00

🛠 Ender 3のZ軸問題とその解決策

このビデオでは、Ender 3のZ軸に関する一般的な問題、特に象の足、Zバンディング、そして最初の層の不一致などに焦点を当てています。原因として、ガントリーの片側のサポート不足、リードスクリューの不適切な取り付け、モーターへの過剰な軸負荷、そして柔軟または硬直な結合の使用が挙げられます。これらの問題は、印刷品質に影響を及ぼし、特にZ軸の精度に悪影響を与えます。対策として、ダイアルゲージを用いたオリジナルと改造後のZ軸の比較により、問題の解決と改善が可能であることを示しています。

05:03

🔧 Z軸改良キットの取り付け

この段階では、Z軸の剛性キットの取り付けに焦点を当て、AliExpressから購入したキットを使用してZ軸を正方形に整え、将来的に動かないように固定します。さらに、デュアルZキットの利用、軸受けブロックの取り付け、そしてリードスクリューの適切な配置により、Z軸の精度と整合性を向上させる方法を説明します。加えて、旧式のカップリングを利用してZ軸の究極のビルドを目指し、プリントの精度を向上させるための詳細な手順を提供しています。

10:04

⚠️ ケーブル接続の失敗とその対応策

Ender 3のステッパーモーターケーブルの誤接続により、Z軸とX軸のステッパードライバーが焼損してしまいました。この問題は、新しいケーブルがプラグアンドプレイ対応であると誤って仮定したことに起因します。ケーブルの修正は単純で、中間の二本のケーブルを交換するだけですが、ステッパードライバーは基板に直接はんだ付けされているため交換ができません。結果として、新しい基板を注文する必要があり、それが届くまでプリンターのテストを続行できなくなりました。次のビデオでは、改造されたプリンターのテストを続け、修正前後の結果を共有する予定です。

Keywords

💡エンダー３

エンダー３は、手頃な価格で高品質なプリントを提供する3Dプリンターの一種です。このビデオでは、エンダー３のZ軸に関する問題を修正する過程を詳細に説明しています。Z軸の問題は、プリントの品質に直接影響を与えるため、この改修はプリントの精度を向上させる重要なステップです。

💡Zバンディング

Zバンディングは、3Dプリンターのプリントに見られる層の不均一な線のことで、Z軸の動きが不均一であることにより発生します。このビデオでは、Zバンディングを解消するために、Z軸を完全に再構築する方法を説明しています。Zバンディングの除去は、プリントの外観と精度を大幅に改善します。

💡ダイヤルゲージ

ダイヤルゲージは、非常に小さな距離を正確に測定するための器具です。このビデオでは、ダイヤルゲージを使用して、エンダー３のZ軸の改修前後の違いを定量的に示しています。ダイヤルゲージによる測定は、改修が成功したことを証明する重要な手段です。

💡リードスクリュー

リードスクリューは、3DプリンターのZ軸を動かすためのねじです。このビデオでは、リードスクリューの不適切な取り付けや軽微な曲がりがZ軸の問題の原因となっていることを指摘しています。リードスクリューの適切な調整と取り付けは、Zバンディングの除去に不可欠です。

💡ステッパーモーター

ステッパーモーターは、3Dプリンターの各軸を正確に制御するために使用されるモーターです。ビデオでは、Z軸のステッパーモーターが軸方向の荷重に適していないこと、及びその問題を解決するための改修について説明しています。ステッパーモーターの適切な取り扱いは、プリントの一貫性と精度を保証します。

💡フレキシブルカップリング

フレキシブルカップリングは、軽微なミスアラインメントを補正するためにリードスクリューとステッパーモーターの間に取り付けられる部品です。このビデオでは、フレキシブルカップリングがZ軸の一貫性にどのように影響を与えるか、及びそれを改善する方法について説明しています。適切なカップリングの選択は、高品質なプリントを実現するために重要です。

💡オールドハムカップリング

オールドハムカップリングは、X軸とY軸のミスアラインメントを許容しながら、Z軸の動きを伝達するための特殊なカップリングです。ビデオでは、オールドハムカップリングを使用してZ軸の問題を解決する方法を説明しています。このカップリングを使用することで、リードスクリューのわずかな曲がりやミスアラインメントがプリントに影響を与えるのを防ぎます。

💡スラストベアリング

スラストベアリングは、軸方向の荷重を支えるために使用されるベアリングの一種です。ビデオでは、スラストベアリングを使用して、Z軸のリードスクリューが適切に支えられ、軸方向の荷重による問題が解消される方法を説明しています。スラストベアリングの適切な使用は、Z軸の安定性と精度を向上させます。

💡プリロード

プリロードは、部品間に事前に適用される力で、部品の動きやひずみを制御するために使用されます。ビデオでは、Z軸の改修において、オールドハムカップリングにプリロードを適用して、動きの精度を向上させる方法を説明しています。プリロードの適切な適用は、プリントの品質を向上させるために重要です。

Highlights

The Ender 3 has several issues with its z-axis that contribute to problems like elephant's foot and z-banding.

Using a dial gauge reveals significant inconsistency in z-axis movements, especially on the unsupported side.

A rigid z-axis kit helps square and reinforce the vertical frame.

Dual z-axis kits can improve alignment, but thrust bearings are needed to handle axial loads.

Flexible couplings allow for minor misalignments between screw and nut while restricting play.

Hanging the gantry from the couplings applies beneficial preload.

Transcripts

have you tried everything but can't get

rid of elephant's foot

are your prince plagued with z-banding

is your first layer inconsistent

these problems plague many of us with

enter three style machines

but fear not

in this video I completely rebuild the

z-axis of my Ender 3 and solve all these

problems

by using a dial gauge and comparing the

original with the modified I will show

you quantifiable results and fix the

z-axis once and for all

so stick around to find out more

[Music]

before we begin consider subscribing to

the channel and leave a like if you

learned something new

let's start by taking a look at the

Ender 3 in its original condition and

try to understand what we are trying to

fix

the obvious is the lack of support on

one side of the Gantry because there is

only one lead screw this results in two

main problems

first the Gantry will sag on the

unsupported side and you will need to

compensate for this by leveling the bed

second is more Troublesome and not so

easy to fix

if you have any tight spots be it due to

the condition of the rollers or the

extrusions the layer height will be

inconsistent and this will result in the

dreaded Z banding

the next set of problems is a result of

the way the lead screw is fixed to the

gantry

for some printers the aluminum plate

that holds the nut Is Not Bent properly

so the lead screw is not aligned and in

some cases the lead screw itself is

slightly bent so again some misalignment

is present this causes the lead screw to

bind and wobble this in turn transfers

the wobble pattern onto the print

finally the last set of problems are

related to the way the z-axis motor is

mounted the entire weight of the Gantry

rests on the stepper motor and when

moving the Gantry up the lead screw

pushes down on the stepper motor

these motors are not designed to take

axial loads meaning parallel to the

shaft there is a spring washer inside

the stepper that will compress if any

downward force is applied to it not only

is this additional stress pad for the

motor because of the inconsistent

compression of the spring the layer

height will again be inconsistent

further contributing to z-banding

artifacts

finally the coupling for the lead screw

if you are using a flexible coupling to

correct the misalignment the springy

nature of the coupling will affect the

layer height consistency and if you are

using a rigid type coupling the motor

and Lead screw will bind even if there

is a slight alignment problem

a combination of all these factors

results in what I am going to show next

I am going to bolt the dial gauge

directly to the x-axis Extrusion this

ensures the dial gauge connection is

rigid and we get maximum accuracy

so let's take a look at the original end

of three without any modifications to

the z-axis I am going to start by moving

the z-axis down to zero position to

simulate the condition the printer will

be in after homing

then I will move the z-axis up in 0.1

millimeter increments but the actual

movement is half of what it is supposed

to be and this only improves slowly

even at a height of five millimeters we

are still not getting perfect 0.1

movements this is why it can be very

difficult to get rid of elephant's foot

then I will bring down the z-axis again

and this time move it up in one

millimeter increments in the first

millimeter you can see we are off our

Target but more than 0.3 and in the

second millimeter by 0.2 in simple words

if your layer height is 0.2 you have

squished more than two whole layers in

the first two millimeters only then does

it start getting better but still not

perfect

what we have seen is the result on the

supported side next I will shift the

dial gauge to the unsupported side and

here things are much worse

again I will start by moving the z-axis

down then move up in 0.1 millimeter

increments and the result is far from

what it should be

and looking at one millimeter increments

we can see that on this side we are

missing almost 0.8 from the two

millimeters

that's almost 50 percent

so it's safe to conclude that while both

sides are inconsistent the unsupported

side is much more so and it's lagging

behind the supported side

moving on here we can see how flimsy the

2040 y-axis Extrusion is and how much

deflection I can achieve with my hand

and here I am pushing on the z-axis

pillars with my hand

so let's start fixing these problems

I had a small problem with my blv kit

the spacing between the nut slots was

very tight so I had to get out my trusty

old Dremel

I will use one of these engraving bits

that I got from banggood

I used an A4 paper to protect the rails

from the metal shavings but it would be

much better to do this before assembling

the printer

[Music]

unfortunately the dust got everywhere

finally it was done

so now we can move on

this is the z-axis rigidity kit from

AliExpress

I am going to use the rods to pull the

z-axis into square

and then lock it in place

now we have a rigid z-axis that is

perfectly aligned and it won't shift

around in the future next I am going to

make use of this type of dual Z kit

I am going to start by installing the

bearing block taking care to keep the

bearing side on the bottom

the blocks are 45 millimeters wide so

they need to be out by 2.5 millimeters

as designed the pulley is supposed to

sit directly on the bearing block but

that's not good it will increase

friction and wear out the block and

pulley the entire weight of the Gantry

will rest on the blocks so I am going to

put in a Thrust bearing you can use any

thrust bearing with an eight millimeter

internal diameter this will take care of

the axial load and the ball bearing

inside the bearing block will bear the

radial loads

then I am going to use a caliper to

align the bearing blocks they need to be

perfectly leveled because even a small

tilt in the block will make a big

difference in the lead screw alignment

over its full length

after putting in the lead screws it is

evident that they are not centered this

is why I went through the trouble of

grinding down the slots now I can move

the nut to align it with the screw

but before fixing the nuts let's take a

look at these old and couplings and how

they can help us in building the

ultimate z-axis

this coupling allows the nut to move in

the X and Y plane but restricts any

movement in the Z this helps us in two

ways first there will always be some

misalignment in the screw and nut so the

coupling will shift the nut into the

perfect position and second if the screw

is bent even slightly the coupling will

absorb the wobble so it does not

transfer to the print

however because of the clearances

required for proper functioning there

will inevitably be some play in the Z

Direction and also some rotational

movement to minimize this effect we need

to apply some preload to the dovetails

we can achieve this by hanging the

Gantry from the coupling as opposed to

the Gantry resting on the coupling let's

see how we can achieve that

I went ahead and fixed the nut to the

old M coupling so we can install it on

the printer

after centering the nut on the lead

screw we need to fix it with M3 nuts

then if you have aligned everything

properly any minor misalignment will be

absorbed by the old en coupling and the

lead screw should slide in like a hot

knife and butter if there is even a

slight hint of binding then you need to

go through the alignment steps again

the same needs to be repeated on the

other side as well

we are then presented with our next

challenge

when the Gantry is moving up it pulls

against the bearing block and all is

good because of our thrust bearing

however when the Gantry moves down there

is nothing holding the lead screw in

place well except gravity

so there is a high likelihood that the

leaves crew will occasionally shift up

and this will affect our accuracy

so to solve the problem I designed and

printed this piece I tried to use off

the shelf metal Parts but space was

pretty tight on the other side so I had

to design this instead this piece has a

ball bearing to take the radio loads and

I will add in a Thrust bearing for the

axial loads similar to the design on top

then I will use this pulley to lock

everything in place you could use

something else but this pulley was most

readily available and the perfect size

finally to solve all the problems

related to the motor like the spring

washer inside and the issues caused by

the coupling I came up with this

contraption this allows me to fix the

motor on top with the lead screws sink

belt granted the teeth engagement of the

pulley is not ideal but it works and

gets the job done I also changed the

driven pulleys to a bigger size to get a

better resolution but the belt length

was not sufficient I had to extend it

and meanwhile I ordered a new belt 650

millimeters

and I use this longer cable to connect

to the z-axis motor

turned on the printer

and move the z-axis

then disaster stride

if you look at the original Ender three

stepper cables you will notice that the

middle two cables are swapped that would

be the green and blue in this case

I assume the new cable was plug and play

and because of that I burnt the z-axis

stepper driver as I was not sure what

had happened I tried using the x-axis

with the same cable and guess what I

burnt the x-axis stepper driver as well

fixing the cable is simple you need to

remove the green and blue cables which

can be done with the small flat

screwdriver and swap their positions the

board however is a different case

because the stepper drivers are soldered

in place they cannot be replaced so I

had to order a new board

unfortunately the delivery time is quite

long I had to cut this video short as I

am unable to run my printer for further

testing in the next video I will

hopefully have received the replacement

board so I will continue testing the

modified printer and share the before

and after results

thanks for watching and see you in the

next one