Printer-Box ModularBox für Prusa/Caribou3d 3D-Drucker

Um optimale Bedingungen für die Verarbeitung von Druckmaterialien wie ABS, Polycarbonat oder Nylon zu schaffen, bieten sich 3D-Drucker Einhausungen an. Die Gehäuse halten aber nicht nur die Umgebungstemperatur konstant, sondern schützen auch über einen Filter vor gesundheitsschädigende Partikel, die beim Schmelzvorgang freigesetzt werden. Das französische Unternehmen Printer-Box ist Anbieter einer solchen Lösung, die in Form einer modularen Box für Drucker wie den Prusa i3 MK4/MK3S und Caribou3d MK3S/Duet WI-FI angeboten wird. Wir haben uns dieses platzsparende 3D-Drucker-Gehäuse näher angeschaut und zeigen euch, was es zu bieten hat.

Materialen wie ABS, Polycarbonat oder Nylon werden immer beliebter, neigen aber je nach Zusammenstellung des Granulats oftmals zu Warping. Darüber hinaus setzen diese Materialen beim Schmelzvorgang gefährliche Partikel frei, die sich teilweise auch auf Oberflächen absetzen und somit durch den Lüfter alleine nicht entfernt werden können. Das Verarbeiten solcher Materialen erfordert deshalb eine konstante Umgebungstemperatur und gleichzeitig eine ausreichende Filterung von gefährlichen Partikeln. Deshalb setzen immer mehr Anwender auf 3D-Drucker Gehäuse bzw. Einhausungen. Dafür gibt es bereits Ansätze wie ein IKEA Lack Gehäuse oder die Konstruktion einer Einhausung mit Aluminium-Konstruktionsprofilen. Prusa bietet mittlerweile auch ein auf seine 3D-Drucker angepasstes Gehäuse, das aber nicht mit dem Caribou 3D-Druckern kombiniert werden kann.

Wer eine platzsparende solide Lösung sucht, sollte zu einem fertigen 3D-Drucker-Gehäuse wie das der Firma Printer-Box greifen. Die Gehäuse richten sich vor allem an Besitzer eines Prusa i3 MK4 und MK3S. Mittlerweile gibt es die maßgeschneiderten Gehäuse auch für den Caribou3d MK3S- sowie für die Duet-Version. Auch kann man beispielsweise den neuen Prusa MK4 in die Modularbox setzen, da die Breite und Tiefe der beiden 3D-Drucker-Varianten nahezu identisch sind. 

PrusaBox und ModularBox

Printer Box hat gleich mehrere 3D-Drucker Einhausungen im Programm. Die PrusaBox richtet sich an Besitzer eines Prusa i3 MK3/MK3S. Mittlerweile gibt es auch eine PrusaBox für den brandneuen Prusa MK4 sowie einen Nachrüstsatz, um, die PrusaBox MK3 auf Mk4 umzurüsten. Die dritte Einhausung ist eine ModularBox, die für Caribou 3D-Drucker umgesetzt worden ist. Alle Gehäuse können mit zusätzlichen Modifikationen konfiguriert werden. 

Wir schauen uns in diesem Artikel die ModularBox für Caribou an und bauen dafür einen Caribou MK3S zum CaribouDuet um. Der Vorteil ist, dass PrinterBox alle relevanten Umbaukomponenten als STL zur Verfügung stellt. Darüber hinaus sind die 3D-Drucker Gehäuse um weitere Funktionen wie Filtersystem, LED-Beleuchtung und Temperaturkontrolle erweiterbar.

Beim Umbau auf CaribouDuet wurde nicht nur das Einsy-Mainboard durch ein Duet ersetzt, sondern auch um ein PanelDue 7″ Display erweitert. Durch den Duet-Umbau erreichen wir deutlich höhere Auflösungen auf der z-Achse und sparen uns gleichzeitig den Rapsberry PI als Kommunikationsschnittstelle zwischen 3D-Drucker und Anwender. Die Kabel der Schrittmotoren, Lüfter, Heizelemente und Sensoren haben wir nicht abgetrennt. Stattdessen haben wir uns für Adapter aus Heluflon entschieden, um uns für die Zukunft weitere Upgrades mit anderen Mainboards offen zu halten. Die Kabel haben wir dafür neu gecrimpt.

Lieferumfang

Die ModularBox für Caribou wird als Kit ausgeliefert und muss demnach vom Anwender selbst zusammengebaut werden. Allerdings wird die reine ModularBox nicht wie auf den Produktfotos vollständig mit allen Extras geliefert, sondern nur als Basisversion. Das Basiskit enthält einen schwarzen pulverbeschichteten Stahlrahmen bestehend aus 9 Teilen, fünf Türen aus Acryl mit einer Stärke von 3mm sowie Schrauben, Nutsteine und Pins aus Stahl. Bei einem Preis von rund 340,- EUR klingt das zunächst nach wenig, aber man bekommt immerhin präzise auf den 3D-Drucker zugeschnittene Teile.

Plastikteile und Materialauswahl

Um das ideale Material für die Plastikteile auszuwählen, sollten einige Kriterien berücksichtigt werden. In einem 3D-Druckergehäuse können Umgebungstemperaturen von 55 – 70°C entstehen. Die Glasübergangstemperatur (Tg) des Materials für die Plastikteile, die in der ModularBox für Caribou verbaut werden sollen, muss mindestens 80°C betragen. Daher fällt PLA mit einer Glasübergangstemperatur von rund 55°C nicht in die engere Wahl.

Bei PETG liegt die Tg bei etwa 60°C. Einige Hersteller werben mit bis zu 80°C, allerdings sollte man auch einen Puffer einplanen, denn das Material kann auch bei hoher konstanten thermischen Beanspruchung weich werden und sich durch mechanische Belastungen oder Druck verformen. Plastikteile außerhalb der ModularBox wie Scharniere können mit PETG Filament gedruckt werden.

ABS hat eine Glasübergangstemperatur von 90 – 100°C und eignet sich deshalb optimal für Plastikteile in einem 3D-Druckergehäuse. Neben der Hitzebeständigkeit bietet es auch noch eine moderate plastische Verformungsfähigkeit. Das bedeutet, die Bruchdehnung ist gut bzw. nicht spröde. Wer seine Plastikteile aus ABS fertigen möchte, sollte seine 3D-Drucker provisorisch einhausen, um eine gute Layerhaftung zu gewährleisten und Warping zu minimieren. Raft und Wände sollten ebenfalls dabei helfen, ein gutes Druckbild zu erzielen. Vor einigen ABS-Varianten wie das beliebte esun ABS+ sollte man sich aber in Acht nehmen. Leider geht aus dem technischen Datenblatt nicht immer hervor, welche Materialien für die Zusammensetzung verwendet wurden. ABS+ verzieht sich zwar weniger als ein gutes Polymaker ABS, aber das auf Kosten anderer Eigenschaften. Insbesondere die Hitzebeständigkeit bzw. Wärmeformbeständigkeit (HDT) ist mit ~72°C für den vorgesehenen Einsatz absolut ungeeignet. So könnte sich eine hohe Kammertemperatur auf die gedruckten Teile auswirken. Andere Hersteller wie Fillamentum machen das leider nicht besser, denn auch hier beträgt die HDT nur rund 80°C.

Es gibt noch weitere Filamente wie Nylon, das eine Glasübergangstemperatur von 180°C hat. Bei der Wahl zwischen PA6 und PA12 sollte man Letzteres vorziehen. Die Eigenschaften sind zwar identisch, allerdings bricht PA12 unter Druck weniger schnell. Das Material wird überwiegend im SLS verwendet und ist relativ teuer. 

Polycarbonat (PC) ist neben ABS das Mittel der Wahl. Es hat eine Glasübergangstemperatur von 150°C und eine sehr hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Duktilität. Das bedeutet, es bricht sehr schnell, ohne dass sich die Verformung vorher angekündigt. Allerdings ist das vom verwendeten PC Blend Filament abhängig. Bei geringer mechanischer und hoher thermischer Belastung bietet sich PC Filament an. Wir verwenden für unsere Druckerteile sowie für die Printer Box Modularbox überwiegend das Polymaker ABS.

Printer Box stellt alle benötigten Plastikteile für die Basis und Upgrades auf seiner Webseite zur Verfügung. Alle Dateien sind für den Druck von PETG ausgelegt. Als Profil kann das Standard PrusaSlicer-Profil verwendet werden. Für die Teile werden rund 1,5kg Material benötigt. Alle Komponenten sollten mit einer Schichthöhe von 0.2mm und 0,4mm Düse gedruckt werden. Für die 8 Ecken der ModularBox sollten 30-40% Infill, 4 Konturen und 5 Schichten für die Decke und für den Boden verwendet werden. Die STL-Konstruktionszeichnungen sind so erstellt worden, dass Sie ohne Stützmaterial gedruckt werden können. Wer allerdings ABS nutzt, sollte bei einigen Teilen trotz der Warpinggefahr den Lüfter auf 10-15% (Brückenventilaton 10-15%) laufen lassen, um Überhänge drucken zu können. Wer eine Wand rundherum nutzt, sollte einen Abstand von Mindestens 10mm zum Objekt verwenden, da die Wand die Luftzirkulation blockiert und die Schichten nicht mehr ausreichend gekühlt werden können.

Neben den ganzen Komponenten aus Plastik spielt auch das Gehäuse eine entscheidende Rolle. Printer Box legt dem Gehäuse Plexiglasplatten bei, die von Röhm hergestellt werden. Die dicke beträgt allerdings nur 3mm, was zum einen schlechter isoliert und zum anderen die größeren Seitentüren leichter verformen lässt. Andere Hersteller von Kits wie LDO machen das mit Acryl leider nicht besser. Acryl und Plexiglas sind zwar wesentlich günstiger als z.B. Makrolon (Polycarbonat), haben aber auch einen recht niedrigen Schmelzpunkt. Darüber hinaus verfügt Polycarbonat über eine hohe Schlagzähigkeit und über gute Brandeigenschaften, denn es ist schwer entflammbar. Makrolonplatten mit einer Stärke von 2 mm sind für das Projekt völlig ausreichend. Beim Druck von ABS oder PC im 3D-Druckergehäuse entstehen Temperaturen von rund 55-75°C. Damit bewegt sich das von Printer Box verwendete Plexiglas GS auf ganz dünnem Boden. Aber immerhin kann es bis zu einer Temperatur von circa 80°C eingesetzt werden. Es gibt noch andere Varianten wie das Plexiglas XT, das lediglich bis zu einer Temperatur von circa 70 Grad Celsius standhält. Makrolon ist in einem Bereich von -100 °C bis +120 °C temperaturbeständig, optisch klar und hat eine gute Brandschutzklassifizierung. Wer seine Modularbox modifizieren möchte, kann dies jederzeit tun. Für unseren Einsatzzweck reicht das mitgelieferte Plexiglas aus.

Konfiguration der ModularBox

Wer sich selbst nicht die Arbeit machen möchte, kann seine ModularBox auf Printer Box konfigurieren. Die essentiellen Plastikteile erfordern eine Druckzeit von rund 60-70 Stunden. Für rund 46,- EUR können diese beim Hersteller in eine von vier auswählbaren Farben erworben werden. Die Plastikteile werden von Printer Box in PETG geliefert. Weitere Plastikteile für das Netzteil oder das 3D-Drucker-Display können hinzugebucht werden. Auch Druckerfüße, Filtersystem oder LED-Streifen können dazu bestellt werden. Werden alle Optionen z.B. für einen CaribouDuet mit PanelDue 7″ hinzugebucht, verdoppelt sich der Kaufpreis. Dafür erhält man aber ein perfekt an sein 3D-Drucker angepasstes Gehäuse mit zahlreichen Upgrademöglichkeiten.

Filter- und Kühlsystem

Beim Filtersystem setzt Printer Box auf Kohlefilter der Firma Alveo3d, mit denen wir bereits gute Erfahrungen gemacht haben. Für das Filtersystem gibt es mehrere Lösungsansätze. Es gibt einen einfachen HEPA & Carbonfilter (120x120x15mm) sowie eine etwas effizientere Version. Allerdings geht aus der Anleitung nicht genau hervor, wie die Filter installiert werden sollen. Auf der Gehäuserückseite befindet sich eine kleine Öffnung, um die Luft nach außen abzuführen. Die Öffnung ist aber relativ klein, wodurch unter Umständen Luftstau/Lüftervibrationen entstehen könnten.

Für die Temperaturregelung bzw. Kühlung ist rechts vorne an der ModularBox ein Ausschnitt, das verschiedene Optionen bietet. Wenn vorne neben einem PanelDue 5″/7″ Display ein weiteres Display (z.B. ein Raspberry Pi und OctoDash) verwendet wird, muss der Temperaturregler rechts angebracht werden. Der Platz für den Kühlventilator wäre damit aber belegt. Wir empfehlen daher, den rechten Ausschnitt als klassische Lufteintrittsöffnung zu nutzen. Ein Lüfter wird dafür nicht benötigt. Lediglich der Einsatz eines Filters ist nötig, damit Staub nicht ins Gehäuseinnere gelangt und gleichzeitig keine schädliche Luft auftreten kann.

Prusa/Caribou Front-Varianten

Die Modularbox richtet sich an Besitzer eines Caribou 3D-Druckers. Diesen gibt es sowohl als MK3S Variante mit Einsy-Mainboard und dem dazu passenden LCD-Display als auch als Modifikation mit Duet-Mainboard und PanelDue-Display. Das Display gibt es in den Größen 5″ und 7″. Zusätzlich kann ein weiteres Element z.B. für einen Raspberry Pi mit Octopi installiert werden. Die Front ist nämlich so konzipiert, dass zwei Elemente nebeneinander Platz finden. Diese werden mithilfe von sogenannten Kopplern verbunden. Je nach Variante müssen noch der entsprechende Boden dazu sowie die Seitenteile mit oder ohne Lüfter gedruckt werden. Wie man also sehen kann, entsteht bei der Sichtung der STL/STEP Dateien ein ganz schönes durcheinander. Deshalb empfehlen wir Anfängern, die Teile kurz vor der Montage zu drucken und gegebenenfalls zu schauen, ob bestimmte Komponenten überhaupt benötigt werden. Zudem sollte man beachten, dass Printer Box nur die Dateien für die Plastikteile zur Verfügung stellt. Welche man wie miteinander kombiniert, bleibt einem selbst überlassen. Man sollte daher einen Plan haben und wissen, welche Teile man benötigt. Wir nutzen beispielsweise einen CaribouDuet 3D-Drucker mit PanelDue 7″ Display. Als zweites Element haben wir das W1219 Temperaturregler-Modul ausgewählt. Später lässt sich das auch noch umrüsten. Es ist wichtig, die Front aus zwei Teilen zu bauen, damit diese rechts und links mit dem Gehäuse verschraubt werden können. Es gibt in der Mitte angeordnet noch ein drittes Loch, allerdings konnte wir dessen Funktionen nicht erkennen. Theoretisch lässt sich auch ein sogenanntes Extremity rechts installieren, also ein weiteres Modul. Ein Nachteil ist allerdings, das von der Seite oder dem Boden kühle Luft zu den Platinen zirkuliert. Diese gelangt dann aber auch ungefiltert ins Innere des Gehäuses. Da dort aber weitere Öffnung angebracht sind, könnte eine Art Zugluft entstehen, die beim Druck von ABs oder PC zu Verzug führt. Daher haben wir für unser Gehäuse weitere Platen mit Öffnungen für die Kabel erstellt und diese dann von Innen angebracht. So verhindern wird, dass Luft aus verschiedenen Öffnungen ins Gehäuse gelangt.

Zusammenbau

Printer Box stellt für seine 3D-Druckergehäuse eine sehr ausführliche Anleitung zur Verfügung, die hier zu finden ist. Die Anleitung ist in verschiedene Kategorien unterteilt und bebildert. Sehr hilfreich ist auch, dass die benötigten STL-Dateien stets mit angegeben werden. Wir empfehlen dennoch, sich vor dem Zusammenbau die vollständige Anleitung anzuschauen, da einiges davon optional ist.

Der Zusammenbau geht an sich schnell von der Hand. Allerdings sollte man dafür rund 20 Stunden einplanen. Unsere ABS Teile hatten insgesamt eine gute Passgenauigkeit. Gegen einen geringen Aufpreis können die Teile aber auch von Printer Box gedruckt und geliefert werden. Nur sind diese aus irgendeinem Grund nicht immer passgenau. Die Teile wirken, als wären sie mit zu hoher Geschwindigkeit und einer minimalen Überextrusion gedruckt worden. Und da wir mit hohen Temperaturen innerhalb der Einhausung drucken möchten, haben wir uns dazu entschieden die funktionellen Teile aus ABS zu drucken. Grundsätzlich stellen Teile aus PETG aber kein Problem dar, solange bestimmte Temperaturen nicht überschritten werden.

Es gibt sehr viele Vierkant- und M4-Muttern, die in die Bauteile eingesetzt werden müssen. Das kann schon mal zur Geduldsprobe werden. Insbesondere die Vierkantmuttern sind aber im Vergleich zu den Gewindeeinsätzen die gängigere Methode der Befestigung im FDM-Bereich. Leider gibt es auch Unmengen an anderen Komponenten wie Scharniere mit Stift, Blenden, Filterschutz und ähnliches. An einigen Stellen hätte man das Ganze wesentlich einfacher und komfortabler lösen können.

Sind Ober- und Unterseite erst einmal zusammengebaut, können diese auf einfache Weise zusammengeführt und befestigt werden. Die Basisplatten sind sehr sauber und gut geschnitten. Allerdings ist die Dicke mit rund 1,3mm nicht gerade hoch. An manchen Stellen kann sich das Material beim Greifen verformen. Steht die Basis für die Einhausung aber erst einmal, wirkt alles robust und solide.

Das Gehäuse des Hepa Max Filters ist solide, aber nicht optimal umgesetzt worden. Hier hat man bei der Konstruktion keine Möglichkeit, den Filter ohne Ausbau der komplette Basis zu tauschen. Das ist zwar schnell durchgeführt, aber nicht komfortabel.

Es gibt M3x6 und M3x12 Schrauben, wobei deren Länge nicht immer zum Befestigen der Teile passt. Die einen sind zu kurz, während die anderen zu lang sind. z.B. bei der Rückseite von der Frontbox für das PanelDue 7″. Deshalb muss man an einigen Stellen etwas improvisieren oder sich zusätzlich noch ein Schraubenset mit weiteren Größen besorgen.

Die Modularbox bietet viel Potential für Upgrades. So können beispielsweise die Acrlyplattenränder mit magnetischem Band beklebt werden, damit alle Seiten beim Schließen bündig am Gehäuse anliegen. Auch gut gelöst sind die verschiedenen Spulenhalterungen. Es gibt einen Halter, der Innen befestigt wird. Es gibt aber auch die Möglichkeit die Spulenhalter auf der Gehäuseoberseite zu befestigen. So können bis zu 7 verschiedene Farben gleichzeitig zum 3D-Drucker geführt werden.

Upgrades

Was macht nun die ModularBox für Caribou und die PrusaBox für Prusa i3 3D-Drucker so besonders? Zunächst einmal ist es die Erweiterbarkeit. Für die Gehäuse von PrinterBox gibt es unzählige Erweiterungsmöglichkeiten für weitere Displays in der Front. Bei Rahmen und Kühlung von Bauteilen scheinen beide recht identisch zu sein. Beim Filtersystem setzt Printer Box auf einen doppelten Filter mit HEPA- und Kohlefilter. Was aber wirklich überzeugen kann, ist der Zugang zum 3D-Drucker. Grundsätzlich hat man bis auf dem Boden von allen Seiten Zugang zum Gerät. Auch gibt es die Möglichkeit Spulenhalter im Inneren oder auf dem Dach zu montieren und sogar einzuhausen. Die Gehäuse sind übrigens auch stapelbar und somit für 3D-Druckerfarmen geeignet. Es gibt sogar eine wachsende Community mit aktiven Mitgliedern auf Facebook. 

Fazit

Als Erfahrener 3D-Druck Anwender habe ich die ModularBox von Printer Box mit Spannung erwartet. Vor einigen Jahren konstruierte ich ein großes Gehäuse für bis zu zwei 3D-Drucker, das aufgrund der Rahmenkonstruktion viel Platz eingenommen hat. Die ModularBox besteht aus sehr dünnem Stahl, ist exakt auf den Prusa MK4/MK3S sowie auf die Caribou 3D-Drucker zugeschnitten und bietet viele Erweiterungsmöglichkeiten. Zudem reagieren die Entwickler bei Neuerungen recht schnell. Das Basis Kit ist bezahlbar und bietet viel Platz für kreative Ideen, um seine 3D-Drucker noch effizienter umzusetzen. Was mir am Konzept besonders gut gefällt, ist die Erweiterbarkeit wie z.B. für 3D-Drucker Farmen. Bei den Türen hätte ich eventuell auf Makrolon statt Acryl gesetzt, aber ansonsten ist das Basis Kit eine lohnende Investition.