3D-Druck Enthusiasten suchen ständig nach neuen Verbesserungsmöglichkeiten für den eigenen 3D-Drucker. Bei größeren Umbauten werden üblicherweise das Hotend und das Mainboard getauscht. Der Voron ist Open-Source und mit unterschiedlichen Modifikationen (kurz Mods) erweiterbar. Das LDO Voron 2.4 R2 RevC Kit wird standardmäßig mit einem Revo Hotend ausgeliefert. Für einfache Anwendungen reicht das Hotend im Prinzip aus. Aber hinsichtlich Langlebigkeit, Qualität und vor allem der Möglichkeit, industrielle Materialien drucken zu können, geht das mit wenigen Handgriffen deutlich besser. Mit dem Slice Engineering Mosquito Magnum Upgrade erzielen Anwender nicht nur bessere Druckergebnisse, sondern sind damit auch gut gerüstet, um Hochtemperaturkunststoffe wie das Fiberlogy Nylon PA12+CF15 zu drucken.

Mosquito Magnum Hotend

Es gibt einige gängige Markenhotends, die alle identisch aufgebaut sind. Ein ganz bestimmtes Hotend hebt sich aber deutlich von der Konkurrenz ab. Das Mosquito Magnum Hotend von Slice Engineering gehört zu den besten Hotends, die es auf dem Markt gibt. Wir arbeiten seit mehreren Jahren ausschließlich mit Mosquito Hotends, die mittlerweile tausende Betriebsstunden ohne jeglichen Verschleiß hinter sich haben. Deshalb lag es nah, den LDO Voron 2.4 R2 RevC mit einem Mosquito Magnum Hotend auszustatten.

Leider wird aufgrund von Unstimmigkeiten zwischen Slice Engineering und dem Voron Team das Mosquito Hotend nicht mehr offiziell unterstützt und nützliche Mods für einen Mosquito Hotend mit dem Stealthburner gibt es kaum, da die meisten Airflow-Probleme haben. Die Position der Nozzle zum Lüfterausgang ist dabei entscheidend. Bondtech hat auf Github einen tollen Mod veröffentlicht, der sowohl das Mosquito Hotend/Magnum als auch die Magnum Plus Edition unterstützt. Zwar ist für die Mod auch das Bondtech LGX Light vorgesehen, aber es funktioniert auch in Kombination mit dem CW2 Extruder. Wer sich für die Mosquito Magnum Plus Mod entscheidet, muss darüber hinaus eine etwas längere Stealthburner_Rapido_Uhf Front drucken. Auch sind beim Magnum Plus Silikonsocken nötig, um thermische Probleme besser in den Griff zu bekommen. Die Komponenten für das Mosquito Upgrade können mit dem Standard-X-Carriage genutzt werden. Es wird allerdings empfohlen, das angepasste X-Carriage zu verwenden, da es uns erlaubt, das Mosquito Hotend umgedreht mit Thermistor und Heizpatrone nach hinten ausgerichtet, anzubringen. Und das mit Socke! Und es ist mit Euclid kompatibel.

Thermistor und Heater

Als Heizpatrone kommt die leistungsstarke 50W/24V Heizpatrone von Slice Engineering zum Einsatz. Beim Thermistor fiel die Wahl bewusst auf den neuen Slice Engineering 300°C Thermistor. Ursprünglich gab es Mal eine 450C HT-Variante, die aber von der Mehrheit der 3D-Drucker nie ausgereizt werden konnte. Um technische Kunststoffe mit derart hohen Temperaturen verarbeiten zu können, bedarf es auch einer höheren Druckbett- und Umgebungstemperatur. Das trifft nur auf die wenigstens 3D-Drucker zu.

Spezifikationen

Bevor neue Hardware verbaut werden kann, sollte man sich mit den technischen Spezifikationen der Komponenten vertraut machen. Der LDO Voron 2.4 R2 nutzt ein Toolhead basierend auf der HartkPCB. Daher sollte man die Spezifikationen der Heizpatrone und die des Thermistors mit denen der mitgelieferten Kabel der Toolhead-PCB abgleichen. Laut LDO Anleitung liegen am Heizpatronen-Therminal HE0/24V an. Die Slice Engineering 50W Heizpatrone in der Variante 24V nutzt den Kabelquerschnitt 23 AWG. Welchen Kabelquerschnitt die Kabel des Microfit 3.0 14P Steckers haben, steht leider nirgendwo drauf. Zwischen 20 und 24 AWG ist alles möglich. Also bleibt im Prinzip nur das Aufschneiden und Ausmessen oder hoffen, dass die Kabelbeschriftung vorhanden ist.

Wenn man sich unsicher ist, kann man diesen Anschluss auch getrennt vom restlichen Kabelbaum in der Schleppkette verlegen und mit entsprechendem Stecker als Verlängerungen nutzen. Das bleibt jedem selbst überlassen. In unserem Beispiel nutzen wir die vorhandenen Anschlüsse an der PCB.  

Installation

Die Installation des Mosquito Magnum Hotends gestaltet sich sehr einfach. Zunächst wird alte Hotend samt Therimstor und Heizpatrone abgebaut. 

Nach dem Download der STLs vom Bondtech Github kann die Installation des Hotends am SB_MOS_Front mittels 2x 2,5mm Innensechskantschrauben erfolgen. Die Länge des PFTE-Schlauchs muss man selbst ermitteln. Wir haben dazu den alten PTFE Schlauch herangezogen und die Differenz zur alten Nozzle ausgemessen. Im Prinzip würden die SB_MOS_Front und das SB_MOS_Rear_CW2 für den Umbau ausreichen, wir untenstehendes Bild zeigt.

Das Hotend wird anschließend für die Monate von Thermistor und Heizpatrone vorbereitet. Eine detaillierte Anleitung dazu gibt es hier. 

Die Schutzummantelung des Heaters und des Thermistors bekommt man mit einer Abisolierzange ab, indem der Vorgang mehrmals wiederholt wird und die Zange dabei um die eigene Achse gedreht wird.

Die Heizpatrone wird am Terminal mittels zwei Schlitzschrauben verschraubt. Nach einigen Druckstunden sollten diese Schrauben nachgezogen werden. Für den Thermistor kann ein JST-XH Connector verwendet werden. Diese gibt es als günstiges Set bei Amazon und Co. 

Leider sind beide Kabel durch die Ummantelung sehr steif und sollten vorsichtig geknickt werden. 

Software

Der Thermistor von Slice Engineering ist ein 100K Thermistor. In Marlin ist dieser als ATC Semitec 104NT-4-R025H42G zu finden. Unter Duet/RepRapFirmware kann dieser sowohl mit als auch ohne Konfigurator implementiert werde. Ohne Konfigurator sollte folgender Wert verwendet werden: T100000 B4680 C6.455513e-8

Bevor der 3D-Drucker neu gestartet wird, sollte die Druckdüse unbedingt über das Z-Adjustment etwas angehoben werden. Danach sollte man überprüfen, ob alle Temperaturen korrekt angezeigt werden. Ein PID Tuning ist nach einem Thermistorwechsel unbedingt zu empfehlen. Der Bauteilkühler wird auf 25% eingestellt (M106 S64) und das PID Tuning ausgeführt:

PID_CALIBRATE HEATER=extruder TARGET=245

Nachdem das PID Tuning abgeschlossen wurde, müssen die Parameter mittels SAVE_CONFIG in der Konfigurationsdatei gespeichert werden.

First Layer Calibration

Die Kalibrierung der ersten Schicht ist essenziell für eine erfolgreiche Inbetriebnahme des LDO Voron 2.4 R2 mit einem Slice Engineering Mosquito Magnum Hotend. Vorher muss sichergestellt sein, dass das Material auch vernünftig gefördert wird. Dazu werden die Einstellschraube für die Filamentförderung komplett gelöst und 50mm Filament bei 5mm/s gefördert. Am besten macht man sich ein paar Markierungen mit einem Edding auf dem Filament, um zu prüfen, ob auch gleichmäßig gefördert wird. Wird das Material gar nicht oder kaum gefördert, muss die Klemmschraube um 1/2 Umdrehung angezogen werden. Wird das Material ungleichmäßig mal langsamer und mal schneller in einem Durchgang gefördert, muss die Stellschraube weiter angezogen werden, bis das Material gleichmäßig extrudiert wird. Nun noch 1/4 Umdrehung weiterdrehen und fertig.

Der Clou: Im nächsten Schritt kann man das genau ermitteln. Der Druck kann so eingestellt werden, dass gerade so sauber Filament gefördert wird. Danach führt man den unten beschriebenen Extruder Kalibrierungsvorgang durch. Hat man z.B. noch einen Rest von 21,58mm wurde zu wenig Material gefördert. Die Stellschraube 1/2 Umdrehung fester ziehen und erneut fördern. Beträgt nun der Restabstand 19,6mm, wird weiter festgezogen, bis sich dieser Wert erst einmal nicht mehr ändert. Erst dann führt man die Kalibrierung anhand des Parameters in der printer.cfg aus. In unserem Fall waren es 21,58mm, 20,14mm, 19,5mm und danach 18,78mm. Nach mehrmaligen Drehen des Nobs änderte sich der Wert von 18,78mm nicht mehr, so dass wir wieder leicht zurückgedreht haben und den korrekten Druck und Wert ermittelt haben. Nun kann man den Parameter in der printer.cfg vernünftig ermitteln.

Als zweiten Schritt werden 50mm Material mit 3mm/s extrudiert. Währenddessen hält man mit etwas Druck das Filament vor dem Extruder fest. Rutscht es gefühlt durch, muss der Druck auf das Filament durch Anziehen der Schraub weiter erhöht werden. Es darf ruhig langsamer durchlaufen, aber nicht durchrutschen!

Anschließend erfolgt die First Layer Calibration. Wenn das Z-Adjustment über das Display oder der GUI durchgeführt wird, muss der neue Wert nach erfolgreichem Tuning der ersten Schicht unbedingt gespeichert werden. Grundsätzlich sollte man sich angewöhnen, nach jedem Tuning wie PID oder First Layer ein Save_Config auszuführen. Bei einem Duet 3 Mainboard mit RepRapFirmware erfolgt dieser Schritt automatisch. Bei Klipper leider nicht. 

So sehen bei uns die Werte in Klipper aus:

Tipp: Bei einem Hotend-Tausch ändert sich der Extruder Parameter für die Förderung des Materials nicht. Dennoch haben wir den Extruder Kalibrierungstest gemacht und dabei Abweichungen festgestellt, die mit den Zahnrädern im Getriebe des Extruders zutun haben. Der Druck zwischen den Getriebeschrauben war nicht ausreichend, wodurch der Extruder nicht durchgehend konstant förderte. Erst nach langem testen haben wir das obige Verfahren angewandt, indem wir solange an der Stellschraube gedreht haben, bis konstant Material derselben Länge gefördert wurde. Im Anschluss daran erfolgt die Parameteranpassung.

Temperatur

Temperatur ist alles. Üblicherweise beginnt man bei dem ersten Testdruck mit der Verarbeitung von PLA. Was viele aber nicht berücksichtigen, ist die Umgebungstemperatur. Es macht einen großen Unterschied, ob PLA mit 215°C/55° bei 30°C oder bei 20° Umgebungstemperatur verarbeitet wird. Eine Umhausung beeinflusst das Ganze nochmal um ein Vielfaches.

Wird der Voron 2.4 in einem Raum mit einer Umgebungstemperatur von 25°C aufgestellt, steigt die Innentemperatur der Einhausung trotz geöffneter Türen auf rund 35-40°C. Dadurch ergeben sich große Probleme bei Überhängen und in Form von Stringing. Da diese Problem auch mit dem Revo Hotend auftreten, kann das nur an den Profileinstellungen oder an einem unzureichenden Luftstrom am Hotend liegen. Apropos Luftstrom: Bauartbedingt stört die Form des Mosquito Magnum Heizblocks den Luftstrom hinter der Druckdüse. Das Stealthburner Extruder Design ist für diesen großen Heizblock nichts konzipiert. Genau aus diesem Grund können Objekte, die damit gedruckt werden, auf der Rückseite mehr Defekte aufweisen als auf der Forderseite. 

Stringing bzw. feine Fäde

Objekte, die mit PLA in einem geschlossenen Gehäuse gedruckt werden, neigen oftmals zu Stringing. Die feinen Fäden und Äste entstehen aufgrund eines nicht optimalen Rückzug des Extruders. Darüber hinaus spielt die Umgebungstemperatur eine entscheidende Rolle. In einer Einhausung herrschen oft 35°C und mehr und PLA hat eine Glasübergangstemperatur von rund 55°C. Dann neigt das Material ebenfalls zur Fädenbildung. Bei einem eingehausten 3D-Drucker ist es deshalb ratsam, die Türen zu öffnen, die Extrudertemperatur um rund 5-10°C zu reduzieren und die Druckbetttemperatur von 60° auf rund 55°C zu setzen. Manchmal hilft auch ein kleiner Ventilator, der kalte Luft ins Gehäuse bläst. Eine zu niedrige Extrudertemperatur kann die einzelnen Schichten aber brüchig machen oder ebenfalls zum Stringing beitragen. Optimal wäre eine effizientere Kühlung des Stealthburner, aber die scheint ihre Grenzen zu haben. 

Während unserem Aufbau haben wir mit verschiedenen Druckern und Druckdüsen experimentiert und festgestellt, dass bei Verwendung einer gehärteten Druckdüse PLA stärker zu Stringing neigt. Hier entstehen sehr viel feinere Fäden, die zwar mit einem Feuerzeug oder Heißluftföhn entfernt werden können, aber einem beim Ermitteln der Paramater den letzten Nerv rauben können. Wer seinen Voron einhaust und überwiegend ABS, ASA, PA12 oder ein Filament mit Kohlefasern verarbeiten möchte, sollte unbedingt zu einer gehärteten Düse wie die von Slice Engineering greifen. Wer überwiegend PLA druckt, sollte seine Einhausung zusätzlich belüften oder diese komplett entfernen und eine Druckdüse aus Messing verwenden. 

Wir haben es uns dennoch nicht nehmen lassen und das gut getrocknete Filament mit bestmöglich ermittelten Parametern fast fädenfrei drucken können. Angepasst wurden verschieden Parameter wie Retraction sowie Pressure Advanced und die Drucktemperatur. Vergleicht man das Standard Voron Profil in den Slicern mit dem von uns erarbeiteten Profil, liegen Welten dazwischen. Man hätte annehmen können, etwas wäre am Hotend oder Extruder defekt, den eigentlich haben wir nach über 2 Wochen Tests das Ganze bereits aufgegeben. Aber tatsächlich war es das Profil, das uns Probleme bereit hat. Wir haben aufgrund identischer Bauteile zwar ziemlich ähnliche Parameter zu denen vom Prusa MK3/Mk4 gewählt, aber die Konstruktion des Vorons sowie die Firmware ändern einiges. Daher passen identische Parameter nicht zu jedem Druckertyp. 

Die Slice Engineer Vanadium Druckdüse ist ein echter Allrounder und qualitativ kaum mit der E3D ObsidianX zu vergleichen.

Interessant zu beobachten ist, dass der Prusa MK4 beim Stringing Test mehr Fäden zieht als der Voron mit Mosquito Hotend, beim Benchy es aber genau andersherum ist. Eventuell liegt es an der Temperatur, denn das Benchy aus dem Prusa mit 215°C/60°C glänzt, während das des Voron mit Mosquito Hotend erst ab 220°C/60°C glänzt, und bei 215°C matt ist. Die Oberflächenbeschaffenheit ist nämlich abhängig von Temperatur und Geschwindigkeit. Der Voron druckt Konture nämlich mit 100mm/s und der Prusa mit 60mm/s. Demnach benötigt dieser auch eine etwas höhere Temperatur.

Also druckt man entweder mit dem Standard Voron Profil und 100mm/s Perimeter mit ~225°C oder mit 60mm/s und 215°C und erhält dann eine schöne glänzende Außenhaut. Natürlich werden Überhänge aufgrund der hohen Druckdüsentemperatur nicht korrekt gedruckt. Hier heißt es entweder die Umhausung abzubauen oder aber die Temperatur zu senken, was allerdings in einer matten Außenschicht resultiert.

Slicer Parameter

Die Standard Slicer Einstellungen führen sogar mit dem Revo Hotend zu schlechten Ergebnissen. Zumindest bei PLA ist noch viel Luft nach oben. Es gibt einen Parameter, der links am Bug vom Benchy deutliche Probleme verursacht. Mit einigen Optimierungen lässt sich das aber sehr gut in den Griff bekommen.

Hier aktuell funktionierende Parameter:

Folgendes Bild zeigt das ursprüngliche Benchy mit Standard Slicer Profil. Die Parameter wurden optimiert, bis ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht wurde. 

Neben einem Slice Engineering Mosquito Magnum Hotend lassen sich auch andere Upgrades wie mit einem Duet 3 Mainboard umsetzen. Den passenden Artikel dazu gibt es hier: Voron 2.4 R2 – Duet 3 6HC + 3HC Upgrade – PCPointer.de

Fazit

Das Mosquito Magnum Hotend von Slice Engineering gehört für uns bis heute zu den besten High-End Hotends, die es auf dem Markt gibt. Es besticht durch ein innovatives Design und einer einfachen Handhabung. Es gibt aber noch weitere Gründe, um seinen Voron 2.4 mit einem Mosquito Magnum Hotend zu modifizieren. Von dem einfachen Düsenwechsel über die hohe Temperaturbeständigkeit bis hin zur geringen Wärmeverlustrate lässt das Hotend keine Wünsche offen. Unsere 3D-Drucker werden alle mit Mosquito Hotends betrieben und sind auch nach über 4 Jahren ohne Wartung in einem einwandfreien Zustand. Von uns gibt es eine ganz klare Kaufempfehlung.

Der Beitrag LDO Voron 2.4 R2 – Stealthburner Mosquito Magnum Upgrade erschien zuerst auf PCPointer.de.

Bei einem Voron setzen sowohl Anbieter von Kits als auch die Nutzer selbst überwiegend auf Mainboards mit der Firmware Klipper. Der größte Unterschied zu anderen Firmwares wie Marlin oder RepRap ist, dass Klipper seine Arbeit auf einen Mini-Computer wie dem Raspberry Pi und dem Drucker-Board verteilt. Der Vorteil bei der Verwendung von Klipper ist, dass man mit dem Raspberry Pi ein Linux System hat, das komfortable Programmiersprachen unterstützt. Zudem sind die Drucker-Boards relativ günstig und bieten gegenüber den Duet3D-Boards den Vorteil, dass die Schrittmotorentreiber einzeln austauschbar sind. Allerdings gibt es auch bei Klipper einige Nachteile wie die Abhängigkeit eines zusätzlichen Rechners wie dem Raspberry Pi. Darüber hinaus gibt es z.B. keine grafische Benutzeroberfläche. Und passende Lösungen sind mit einem höheren Aufwand verbunden. 

Wer dennoch seinen Voron umrüsten möchte oder für den Bau seines Vorons ein zuverlässiges 3D-Drucker-Board sucht, der kann zu einem Duet 3 6HC Board in Kombination mit dem Duet 3 3HC Erweiterungsboards greifen. Die Boards setzen auf die RepRapFirmware, laufen standalone ohne zusätzliche Hardware und verfügen über zahlreiche Features. Zudem bietet der Hersteller eine erstklassige und fast lückenlose Dokumentation, in der wirklich alles bis ins kleinste Detail beschrieben ist. Duet3D Boards sind technisch gesehen an vorderster Front und stellen auch für extrem anspruchsvolle Anwendungen viel Leistung bereit. Obwohl als Firmware RepRap vorgesehen ist, unterstützen die neueren Revisionen auf Klipper als Firmware. Zudem gibt es einen dedizierten High-Speed-SPI-Bus für einen Singleboard Rechner (SBC) wie den Raspberry Pi 4. Die beiden Boards können im DOLD Mechatronik Onlineshop erworben werden. 

Duet 3 6HC + 3HC Anschluss Diagramm

Bei jeder Modifikation eines 3D-Druckers sollte unbedingt auf eine sorgfältige Arbeitsweise Wert gelegt werden. Insbesondere eine falsche Verkabelung kann die Boards zerstören. Das Anschlussdiagramm der gewählten Revision sollte deshalb stets griffbereit sein. An dieser Stelle sei erwähnt, dass wir keine Haftung oder Gewährleistung für Schäden an Gegenständen und Personen, die durch unsachgemäßen Anschluss entstehen können, übernehmen. Dieser Artikel soll den Einstieg erleichtern und dient als Orientierung für den Umbau der Hardware. Es sind stets die Hinweise des Hersteller zu beachten.

Kabel und Steckverbinder

Es gibt mehrere Varianten von Mainboards, die in einem Voron verbaut werden können. Für die gängigsten Modelle gibt es fertige Kabelbäume. Allerdings beträgt die Wartezeit für kundenspezifische Lösungen mehrere Monate. Zudem müssen neue Kabelbaum mühsam verlegt werden. Wir haben uns für eine einfache, aber effektive Lösung entschieden und zwar für das Crimpen von Adaptern, um den Umbau gegebenenfalls wieder rückgängig zu machen. Als Crimpzangen haben sich die Engineer PA-09 und die PA-21 bewährt. Die PA-21 ist ideal für die JST-VHS Stecker. Für kleinere Stecker wie die JST-XH der Lüfter wird die Engineer PA-09 empfohlen. Damit lassen sich Stecker bis AWG20 crimpen, also bis etwa 0,5mm² Querschnitt.

JST-XH Stecker werden z.B. bei einer AWG20 Litze mit der PA-09 mit 1,9mm gecrimpt. Die Kabelummantelung kann auch noch mit einer PA21 bei 2,2mm gecrimpt werden. JST-VH wird bei AWG20 mit der PA-21 mit 2,2mm für das Backendraht und 2,5mm für die Ummantelung gecrimpt. Eine Tabelle mit Durchmesser und Querschnitt gibt es hier.

Als Kabel kommt ein HELUFLON-FEP-6Y zum Einsatz. Es ist flexibel, extrem temperaturbeständig, flammwidrig und verzinnt. Mit einem Querschnitt von 0.5mm² eignet es sich sehr gut für den universellen Einsatz in einem 3D-Drucker. Für die Würth Elektronik WR-WTB Crimp-Anschlussklemmen vom Duet3 Board ist es zwar minimal überdimensioniert, aber noch gut zu crimpen. Die Anschlussklemmen sind nämlich nur für 22-28AWG zugelassen und die Heluflon Kabel sind AWG20. Da wir unsere Kabel crimpen und löten müssen, sind Lötkenntnisse erforderlich. 

Für die Stromversorgung können Lapp Ölflex 180 1,5 bis 2,5mm² verwendet. Dem Duet 3 6HC Board liegen einige Verbinder bei, die Kabel mit bis zu AWG13 / 2.5mm² unterstützen. 

Nachdem alle Adapter oder Kabel gecrimpt worden sind, geht es an das Pinout bzw. Diagramm der Hauptplatine, den es gibt einiges zu beachten. Es müssen unter anderem einige Jumper umgesetzt werden, um die gewünschte Spannung an einigen Pins bereitzustellen.  

Schrittmotoren

Die Anschlüsse für die Schrittmotoren sowie OUT1, OUT2 und OUT3 sind JST-XH Steckverbinder, für die eine Engineer Crimpzange P21 benötigt wird. Die Anordnung der Schrittmotoren auf dem Duet3 Diagramm ist B- (rot) B+(blau) A-(grün) A+(schwarz). Die JST-XH Stecker der LDO Voron Schrittmotoren (1.8-Ldo-42sth48-2004ac) sind allerdings B+ (blau) B-(rot) A-(grün) A+(schwarz). Die A-Anschlüsse gehören zur Wicklung A, die B-Anschlüsse zur Wicklung B. Die Anschlüsse von A und die von B können untereinander vertauscht werden, führen unter Umständen aber zu einer anderen Drehrichtung. Sollte sich der Schrittmotor in die falsche Richtung drehen, müssen die Kabel spiegelverkehrt gesteckt werden (z.B. blau-rot-grün-schwarz >> schwarz-grün-rot-blau) oder aber mittels Firmware eine Umpolung erfolgen. Es müssen die JST-XH Stecker der LDO Schrittmotoren mit den JST-VH Verbinder verbunden werden. Üblicherweise werden dafür 22AWG Kabel (20AWG oder 0.5mm² empfohlen) verwendet. Wenn die Original NEMA 17 Kabel abgeschnitten und damit gecrimpt werden sollen, kann man auch einfach den abisolierten Teil des Kabels auf sich selbst zurück knicken, um es zu stärken. Die Isolierung wird mit etwas Schrumpfschlauch verstärkt. Für die Crimpstifte wird ein passendes Crimpwerkzeug, zum Beispiel Engineer PA21, benötigt. Verwenden Sie die 2,2-mm-Backenöffnung zum Crimpen des blanken Drahts und die 2,5-mm-Backenöffnung zum Crimpen der Isolierung.

Der Voron 2.4 verfügt über insgesamt 7 Schrittmotoren. Daher wird eines der Schrittmotoren auf dem Duet3 3HC gesteckt. Die beiden Mainboards müssen via CAN Bus miteinander verbunden werden. 

Endschalter

Als nächstes werden die Endschalter an das Duet 3 Mainboard angeschlossen. Auf dem 6HC sind dafür mehrere Output Anschlüsse vorgesehen, wobei IO_0 für das Panel Due Display reserviert ist. 

IO_1 und IO_2 können für die Entstops X/Y verwendet. Belegt werden die Pins GND und io1.in sowie GND und io2.in. Für den Z-Endstop, der hinter dem Druckbett sitzt, kann IO_3 mit GND/io3.in verwendet werden. Hier ist allerdings darauf zu achten, dass die Position des Z-Endstops korrekt in die Firmware eingepflegt wird. Es gibt noch ein weiteres Kabel mit der Bezeichnung ABL. Hierbei handelt es sich um die Z-Probe wie einen Omron Sensor oder Klicky. Dieser Switch wird ebenfalls an einem IO-Port angeschlossen und mittels M558 Befehl (z.B. M558 P4 C"0.io2.in" IO ...) konfiguriert.

Lüfter

Bevor die Heizelemente angeschlossen werden, sollten die Lüfter alle mit dem Mainboard verbunden werden. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten, die abhängig von der Lüfterleistung sind. Zudem sollte man die Versorgungsspannung der Lüfter überprüfen. Das Bigtree Octopus Board hat alle Jumper für die Lüfteransteuerung auf 24V gelegt. Eine Überprüfung der Lüfter auf deren Rückseite bestätigt, dass es sich um 24V Lüfter handelt. Das ist vor allem für den Part Cooling Fan Lüfter sowie für den Heater Lüfter wichtig, denn die von LDO bereitgestellten Stecker haben nur eine GND-Anschluss Richtung Mainboard. Die Spannungsversorgung für den Heater- und Part-Cooling-Fan wird auf dem PCB über den Hotend Heater bezogen. Wenn die Heizpatrone mit 24V betrieben wird, müssen auch die Lüfter für 24V aufgelegt sein. Der Pluspol für die Lüfter entfällt demnach zwischen Mainboard und PCB. Wird beispielsweise beim Duet 3 6HC eine Spannung von 24V an OUT 0 POWER IN angelegt, liegt diese Spannung auch an OUT 1. Dort wird das Heater Hotend Kabel angeschlossen, das dann in Richtung PCB geht. Hier ist dieser Pluspol mit den Pluspolen der Lüfter verknüpft. Die Spannung wird dann weiter über den Kabelbaum an die Lüfter und den Heater Hotend weitergegeben. Da auf dem PCB der Pluspol vom Heater Hotend mit dem der beiden Lüfter HET und PCF verknüpft ist, benötigt man zwischen PCB und Duet 3 6HC Board nur nach den GND-Anschluss.

Das Duet 3 6HC stellt Niederstromausgänge (OUT4-6, OUT7-9) zur Verfügung. Diese können separat ausgewählt werden, um entweder über VIN oder intern generierte 12 V mit Strom versorgt zu werden. Die Gesamtstromaufnahme des 12-V-Lüfters darf 800 mA nicht überschreiten. OUT4-6 sind für PWM-Lüfter ausgelegt. Mittels Jumper kann die Spannung eingestellt werden. Hier ist auf eine korrekte Polung zu achten. Dazu stets das Anschlussdiagramm der Hersteller heranziehen. 

Am besten misst man entsprechend der Jumptereinstellung die Anschlüsse mit einem Multimeter durch und zwar nicht nur die Spannung, sondern auch die Lage von Plus und Minus, um die Anschlüsse nicht zu vertauschen! OUT7-9 sind ebenfalls für Lüfter vorgesehen. Wenn sie über VIN mit Spannung versorgt werden, stellen diese maximal je 2A bereit. Auch hier erfolgt das Einstellen der Versorgungsspannung über einen Jumper. OUT1-3 sind für Extruder Heizelemente oder große Lüfter vorgesehen. Die PCB Lüfter können an VFUSED angeschlossen werden, um ständig zu laufen. Wer das nicht möchte, kann es auch an OUT9 anschließen und abhängig von der Temperatur darüber steuern.

Heizelemente und Thermistoren

Für die Extruder Heizpatrone (Extruder Heater) sind die Anschlüsse OUT1-3 vorgesehen. Diese eignen sich auch für Lüfter und stellen je 6A bereit. Beim Thermistor und beim Heizelement ist eine Verpolung trivial, da die Anschlüsse auch vertauscht werden können. 

CAN BUS Kommunikation

Das Duet 3 verwendet den CAN-FD Bus. Die Boards 6HC und 3HC können mit einem RJ11 Kabel miteinander verbunden werden. Das 3HC Erweiterungsboard verfügt über zwei CAN Bus Anschlüsse. Wenn das 3HC ohne weitere Erweiterungsboards am Ende der Kette steht, wird nur ein RJ11 Anschluss verwendet und der andere bleibt frei. Parallel dazu mussen die Termination-Jumper gesetzt werden. Wenn beide RJ11 Anschlüsse für die Verbindung mehrerer Boards genutzt werden, dürfen die Termination-Jumper nicht gesetzt sein. 

Bei Duet 3 hat jedes Board eine CAN Adresse, um es zu erreichen. Die Adresse der Mainboards wie dem Duet 3 6HC ist stets 0. Die der Erweiterungsboards ist einmalig und im Bereich von 0 bis 126. Die CAN Adresse des Duet 3 3HC kann individuell festgelegt werden. Dazu werden die Adressen von 1 bis 15 beim verwendet. Eingestellt wird das über eine 4-DIP Switch. Demnach sind das 4 Schalter, also 4² Zustände bzw. 16 Möglichkeiten. 

Um einen Schrittmotor oder einen Lüfter am Erweiterungsboard 3HC zu konfigurieren, wird die CAN Adresse als Teil des Pinnamen im Gcode verwendet. Das Pinnamenformat ist „expansion-board-address.pin-name„, wobei die Adresse der Erweiterungsboard die numerische CAN Adresse der Erweiterungskarte ist. 

Beispiele:

M569 P122.0 S1 ; configure driver 0 at CAN address 122 to go forwards
M308 S5 Y"thermistor" P"120.temp0" ; configure sensor 5 to use the temp0 pin at CAN address 120

Wird keine CAN-Adresse angegeben, geht die Firmware davon aus, dass sich der Stecker/Pin, der konfiguriert wurde, auf dem Mainboard befindet. Das Mainboard ist immer als CAN-Adresse 0 konfiguriert.

In unserem Fall sind bis auf einen Schrittmotor alle Motoren an der Hauptplatine angeschlossen. E0 ist an 3HC (CAN Adresse 1) angeschlossen und A/B sowie Z0-Z3 an 6HC (CAN Adresse 0).

; Drives
M569 P0.0 S1 ; physical drive 0.0 goes forwards Z0
...
M569 P1.0 S1 ; physical drive 1.0 goes forwards E0 to CANBUS

; Axes
M584 X0.5 Y0.4 Z0.0:0.1:0.2:0.3 E1.0 ; Drive mapping

Beim Gcode ist es wichtig zu wissen, dass bei dem Befehl M569Parameter Px für die Motortreibernummer steht. Weitere Details dazu gibt es hier.

Spannungsversorgung Mainboard/Heizbett

Für die Spannungsversorgung können Kabel mit einem Querschnitt von 1,5 bis 2,5mm² verwendet werden. Die beiliegenden Kabelschuhe sind bis 2,5mm² zulässig. Da der LDO Voron 2.4 zusätzlich ein Solid State Relay (SSR) verwendet, möchten wir das auch weiterhin fortführen. Dazu werden die SSR Control Terminals an die Duet 3 6HC Bed heater terminals angeschlossen. Man beachte die unterschiedliche Anordnung der Polarität bei den Anschlüssen! Das Erweiterungsboard 3HC muss ebenfalls mit 24V vom Netzteil versorgt werden. 

POWER IN ist für die Spannungsversorgung vorgesehen. OUT 0 POWER IN benötigt ebenfalls 24V, um die  Terminals OUT1-OUT3 zu versorgen. OUT 0 ist als Ausgang eingerichtet und für das Heizbett vorgesehen. Man beachte die Hinweise von Duet3D bezüglich der Polarität bei Verwendung eines SSR. Weiterführende Anleitungen gibt es hier.

PanelDue 

Das PanelDue verfügt über einen 4-Pin Anschluss, der nicht auf den 5-Pin Konnektor des Duet 3 6HC passt. Die Kontakte müssen daher aus dem Stecker herausgezogen und entsprechend dem Duet 3 6HC Anschlussdiagramm neu angeordnet werden. Untenstehendes Bild zeigt die richtige Anordnung, wobei stets das passende Anschlussdiagramm hinzugezogen werden sollte. 

Mit dem Befehl M575 P1 S1 B57600 wird das PanelDue in der config.g aktiviert. Beim M757-Befehl spezifiziert P1 einen seriellen Port wie den für das PanelDue, also IO 0. P0 wäre bei dem Befehl M575 falsch, da dieser Parameter hier ein serielles Interface wie USB spezifiziert. Mehr dazu gibt es unter Connecting a PanelDue | Duet3D Documentation.

Erster Start mit Ethernet / WIFI

Der erste Start bzw. die Kommunikation der Duet 3 Boards erfolgt üblicherweise via Ethernet. Dazu wird das Duet 3 6HC Board über ein RJ45 Kabel mit einem Rechner verbunden und einige Einstellungen am Rechner vorgenommen werden, die hier sehr gut beschrieben sind. 

Mit einem zusätzlichen WIFI Modul für das Duet 3 6HC Board kann auch eine drahtlose Verbindung hergestellt werden. Dazu gibt es ebenfalls eine sehr gute Anleitung. Das WIFI Modul ist allerdings nur mit Boards ab v1.02 sowie der RRF 3.5b kompatibel. Zudem muss dafür eine DuetWIFIServer_32S3 Firmware aufgespielt werden, was sehr einfach und gut beschrieben ist. Da das 6HC Ethernet als erste Konfiguration nutzt, muss zu jedem M552 Befehl der Zusatz „I1“ erfolgen, damit die Firmware weiß, dass es sich um ein zusätzliches Modul handelt.

RepRap Firmware Konfiguration

Bevor die RepRap Firmware konfiguriert werden kann, muss sichergestellt sein, dass die aktuellste Firmware installiert ist. Wenn später beispielsweise ein Schrittmotor, der am Duet 3HC angeschlossen ist, nicht funktionieren sollte, könnte das verschiedene Ursachen haben. Zum einen muss die CAN Adresse passen und zum anderen sollte das Mapping korrekt gesetzt sein. Die Kommunikation lässt sich auch mittels Kommandos testen. Wenn alle Möglichkeiten ausgeschlossen werden können, bleibt nur noch die Firmware. Sind die Firmware Versionen auf dem Mainboard und dem Extensionboard nicht identisch, kommt es zu Fehlern in der Synchronisation. Das kann dazu führen, dass z.B. die Motoren am Duet 3HC nicht korrekt angesteuert werden. In unserem Fall lag es genau daran. Weitere Infos dazu gibt es hier.

Für die Konfiguration der Software sollte viel Zeit eingeplant werden. Dazu gibt es von Duet einen Online Konfigurator, der allerdings mit Vorsicht zu genießen ist. Wir haben danach mithilfe der Duet3D-Dokumentation alles überarbeitet und Befehle größtenteils zusammengefasst oder Parameter optimiert. Alternativ können die einzelnen Befehle auch aus der Dokumentation von Duet3D abgeleitet und die config.g von Grund ohne Konfigurator aufgebaut werden. 

Beim Maschinencode ist es wichtig zu wissen, dass jeder Befehl anders aufgebaut ist. Beim Befehl M950 steht Pnn oder Snn für die Pin-Nummer. Jeder M950 Befehl muss ein H, F, J, P, S, D oder E Parameter enthalten. Je nach dem was angeschlossen wird. Dazu hier mehr Informationen. Der Pinname wird mit dem Parameter C““ angegeben. Beinhaltet das Kommando zusätzlich zum Pnn oder Snn Parameter auch noch ein C oder Q Parameter, wird die Pin-Belegung entsprechend konfiguriert. Beim Befehl M308 steht P““ für den Pinnamen.

Mit den Ports verhält es sich ähnlich. Während z.B. GPIO Ports wie OUT 0 mit dem Befehl M950 erstellt und mit M42 angesteuert werden, geschieht das bei den Lüfteranschlüssen mit M950 und M106. 

Es gibt noch viele weitere Befehle wie M575, bei dem z.B. P1 einen seriellen Port wie den für das PanelDue (IO_0) spezifiziert. P0 wäre in diesem Fall falsch, da dieser Parameter hier ein serielles Interface wie USB spezifiziert. Der P-Parameter wird bei M575 ganz anders als z.B. bei M950 verwendet. 

Identische Parameter haben je nach Befehl unterschiedliche Funktionsweisen. Die Duet Dokumentation ist daher die erste Anlaufstelle.

Basiskonfiguration

Wenn bereits eine Verbindung zum Duet 3 Mainboard besteht, kann die config.g über den Webbrowser geöffnet und um weitere Befehle erweitert werden. Spezifische Angaben zu Schrittmotoren, Extruder, Microstepping, Gear-Ratio oder Thermistoren können der LDO Voron 2.4 Konfigurationsdatei entnommen werden.

Die Basis dazu bilden allgemeine Einstellungen wie Druckername, Netzwerkanbindung, CAN-Bus Erweiterung oder LED Beleuchtung. Als Kinematiktyp wird „CoreXY“ ausgewählt.

; General preferences
G90 ; send absolute coordinates...
M83 ; ...but relative extruder moves
M550 P"Voron 2.4" ; set printer name
M669 K1 ; select CoreXY mode

; Enable network
M552 I1 S1 ;enable WIFI
if {network.interfaces[0].type = "ethernet"}
M552 P192.168.2.1 S1 ; IP address
M553 P255.255.255.0 ; Subnet mask
else
M552 I1 S1

;Enable PanelDue
M575 P1 S1 B57600

; LED Strips
M950 E0 C"led" T2 Q3000000 ; create a RGB Neopixel LED strip on the LED port and set SPI frequency to 3MH
M150 E0 R0 U0 B255 P255 S1 F1 ; display led blue
M150 E0 R255 U0 B0 P255 S1 F1 ; left encoder led red
M150 E0 R0 U255 B0 P255 S1 F0 ; right encoder led green

M950 P1.0 C"1.out0" Q500 ; allocate GPIO port 0 to electronics fan on expansion connector, 500Hz
M42 P1.0 S0.5 ; set 50% PWM on GPIO port 0

Schrittmotoren

Danach folgen die Parameter für die Schrittmotoren. Um das Gantry nach oben oder nach unten zu bewegen, müssen die Schrittmotoren paarweise in unterschiedliche Richtungen drehen. Wenn sich die Schrittmotoren Z0 und Z3 in eine Richtung drehen, müssen sich Z1 und Z2 in die andere Richtung bewegen. Das liegt daran, dass die Motorpaare gespiegelt montiert sind.

M350 X32 Y32 Z16 E32 I1
M92 X320.00 Y320.00 Z400.00 E1397 ; configure steps per mm; for Z -> 400 because different ratio

In unserem Fall haben wir für Z versehentlich 32 eingetragen, da wir von 0.9° Schrittmotoren ausgegangen sind. Die Z-Motoren haben allerdings nur 1.8°, also 200 Steps. Demnach ist Z16 korrekt. Wird der Wert von Z32 auf Z16 geändert, muss auch der Abstand zwischen Druckdüse und Druckbett um die Hälfte vergrößert werden. Also z.B. von Z10 auf Z5.0.

G31 K0 P500 X0.0 Y18.0 Z5.48

In der config.g reicht es aus, einen ausreichend großen Z-Offset anzugeben und sich bei Druck der ersten Schicht langsam an einen optimalen Abstand zwischen Düse und Druckbett heranzutasten. Kleine Werte vergrößern den Abstand zwischen Druckbett und Druckdüse. Mit Z0.00 hat man demnach mehr Spielraum, um den Abstand mittels Babysteps anzupassen.

Ein weiterer wichtiger Parameter, der in die config.g nachträglich eingebaut werden kann, ist die Mesh Bed Compensation. 

Endschalter und Klicky Probe

Die Endschalter sind für eine korrekte Funktionsweise essentiell. Sind diese eingestellt, kann deren Funktionsweise in der Konsole mit dem Befehl M119 überprüft werden. Danach erfolgt die Einrichtung einer Z-Probe wie Klicky. Die Einrichtung ist zwar identisch zu den Entstops, allerdings mit einigen Kniffen verbunden. Makros dazu gibt es auf Github oder hier. Entweder übernimmt man die dort bereitgestellten Daten und passt diese an die eigenen Bedürfnisse an oder man greift nur auf die relevanten Daten zu. Sobald die config.g generiert oder überarbeitet worden ist, gilt es die korrekte XY-Position des Z-Endstops zu setzen. Das ist deshalb so wichtig, weil der 3D-Druckkopf die exakten XYZ-Koordinaten für die Klicky-Mod benötigt. Das XYZ-Homing sollte deshalb als allerersten getestet werden. Dazu führt man zunächst ein XY-Homing durch und ermittelt dann durch schrittweises bewegen des Extruders, an welchen Koordinaten der Z-Endstop liegt. Diese trägt man dann je nach Struktur in die homez.g ein. 

Für Klicky kann man sich aus dem ersten Github-Link die relevanten Datein herunterladen und in das eigene Projekt einbinden. Diese sind loadclicky.g und unloadclicky.g. Eine Implementierung von Auto-Z ist ebenfalls verfügbar.

Für Klicky erstellt man sich im Macro-Verzeichnis ein Verzeichnis namens Klicky. Als Unterverzeichnisse werden „zprobe“ und „moveto“ angelegt. loadclicky.g und unloadclicky.g sowie clicky_status.g müssen sich unter /zprobe befinden. Unter moveto befinden sich clickstage.g sowie hominghopup.g. Nun werden folgende Verknüpfungen in die /sys/homez.g gesetzt:

if !move.axes[0].homed || !move.axes[1].homed ; If the printer hasn't been homed, home it
G28 XY ; home y and x
M98 P"/macros/Klicky/zprobe/clicky_status.g"
if global.clicky_status = "docked"
M98 P"/macros/Klicky/zprobe/loadclicky.g"
G91 ; relative positioning
G1 H2 Z10 F6000 ; lift Z relative to current position
G90 ; absolute positioning
G1 X{(move.axes[0].min + move.axes[0].max)/2 - sensors.probes[0].offsets[0]} Y{(move.axes[1].min + move.axes[1].max)/2 - sensors.probes[0].offsets[1]} F3600 ; Move to the centre of the bed taking the zprobe offsets into account
M558 K0 H5 ; Set the dive height for the probe to 5mm
G30 ; probe the bed
;G92 Z13 ; override z coordinate
G1 X41.50 ; Move after homez to X Position to easier unklicky the probe
M98 P"/macros/Klicky/zprobe/unloadclicky.g"


Die Basiskonfiguration von Klicky passiert in der klicky-autoZ-config.g. Dort werden die Positionen für das Andocken festgelegt. Es gibt bereits einige User, die das erfolgreich umgesetzt haben wie hier.

Für AutoZ muss der Z-Endstop mit der Klicky Probe betätigt werden. Nun fragen sich einige, wofür AutoZ gut sein soll. Normalerweise können wir den Z-Offset in der config.g großzügig festlegen und während dem Druck mit den Babysteps verfeinern. Beim Homing Z wird die Klicky Probe aufgenommen und damit das Druckbett abgefahren. Der Z-Endschalter bleibt davon unberührt. AutoZ bringt nun den Vorteil, dass der Z-Endschalter zunächst mit der Nozzle und anschließend mit der Klicky Probe angefahren wird. Es wäre daher nicht verkehrt, die Druckdüse vorher kurz aufzuheizen und zu reinigen, damit das Ergebnis nicht verfälscht wird.

Die genaue Position kann festgelegt werden, denn sowohl die Nozzle als auch die Klicky Probe müssen den Z-Endschalter exakt anfahren und berühren. Danach wird mit der Klicky Probe das Druckbett abgetastet. Die Software übernimmt dabei die Berechnung des exakten Z-Offsets. Das bedeutet, dass AutoZ nur dann ausgeführt wird, wenn z.B. eine neue Düse montiert wird oder mit höheren Temperaturen gedruckt werden soll. Das Feintuning mit den Babysteps ist optional natürlich möglich.

Bed Leveling 

Insbesondere das Gantry Leveling hängt von der Klicky Probe ab. An dieser Stelle würde es den Umfang dieses Artikels übersteigen, zu tief in die Materie einzutauchen. Daher stellen wir unsere Konfigurationsdateien auf Anfrage gerne zur Verfügung. 

M671 X-60:-60:360:360 Y-10:370:370:-10 S20

Heater und Thermistor

Wenn die mechanische Funktionsweise gegeben ist, erfolgt die Einrichtung der Heater und Thermistoren. Laut LDO-Konfiguration werden für Extruder und Heizbett Sensoren vom Typ ATC Semitec 104NT-4-R025H42G verwendet. Für diesen 300 °C Thermistor können korrekte Konfigurationsparameter über die Temperatur und dem dazugehörigen Widerstand ermittelt werden. 

Nun müssen nur noch die Modelparameter für die Sensortypen gesetzt werden. Das geschieht entweder automatisch über das PID Tuning oder manuell. Eine Anleitung dazu gibt es hier. 

Lüfter

Es gibt mehrere Lüfter, die zu konfigurieren sind. Die Lüfter werden wie folgt angesteuert:

; Fans
M950 F0 C"out7" Q500 ; create fan 0 on pin out7 and set its frequency
M106 P0 S1 H1 T50 ; set fan 0 value. Thermostatic control is turned on for H1-PIN
M950 F1 C"out8" Q500 ; create fan 1 on pin out8 and set its frequency
M106 P1 S0 H-1 ; set fan 1 value. Thermostatic control is turned off
;M950 F2 C"fout9" ; create fan 2 on pin out9 and set its frequency
;M106 P2 S0.3 B0.1 H0 T25
M308 S3 Y"mcu-temp" A"MCU" ; configure sensor 3 as on-chip MCU temperature sensor
M950 F2 C"out9" Q100 ; create fan 2 on pin out9 and set its frequency
M106 P2 H3 T30:70 ; set fan 35-70° - increase by temperature

Für die Adafruit Neopixel  LEDs gibt es beim LDO Voron 2.4 lediglich 2 Leitungen, die vom PCB aus zur Verfügung gestellt werden. Das sind 5V und die Datenleitung D0. Die GND Leitung ist bereits an dem Extruder PCB angeschlossen. Am Duet 3 6HC gibt es einen 4-Pin-Konnektor mit der Bezeichnung DS_LED, der genau dafür vorgesehen ist. Neopixel wird mit 5V und DS_D0 verbunden. Die Ansteuerung erfolgt mit folgendem Befehl:

M950 E0 C"led" T1 Q3000000 ; create a RGB Neopixel LED strip on the LED port and set SPI frequency to 3MHz

Farbwechsel sind mit entsprechendem Paramter möglich, allerdings nicht in Echtzeit, sondern erst nach einem Neustart. Weitere Informationen dazu gibt es unter Neopixel and DotStar LEDs | Duet3D Documentation.

Für den 24V-LED Streifen vom Gehäuse können wir die Anschlüsse nutzen, die für die Heater vorgesehen sind. Wir haben uns für out1 auf dem Duet 3HC Erweiterungsboard entschieden. Eine gute Anlaufstelle dafür ist Controlling IO pins | Duet3D Documentation. An den Pins liegt im undefinierten Zustand keine Spannung von 24V an. Die GPIO Ports werden mit M950 erstellt und mit M42 oder M280 kontrolliert.  

M950 P0 C"1.out0"; allocate GPIO port 0 to 24V led on 3HC board
M42 P0 S0.5 ; set 50% PWM on GPIO port 0

Über den Parameter Pnn greift M42 auf die Portnummer zu.

Tuning

Das Tuning ist das A und O. Wenn das XYZ Homing und Klicky sowie AutoZ ohne Fehler ausgeführt werden können, sind Quad Gantry Leveling und Mesh Bed Compensation an der Reihe. Danach folgt das PID Tuning für Extruder und Heizbett.

• Homing XYZ
• Quad Gantry Levelingt G32
• Mesh bed compensation G29 S0(beim Druck wird eine Map mit G29 S1 geladen und mit G29 S2 gestoppt)
• PID Auto Tuning Extruder M303 H1 S230
• Die Parameter können mit M500 gespeichert werden bzw. die config-override erstellt werden.
• AutoZ M98 P"Autoz.g"

Nun wird nur noch der Extruder selbst kalibriert und die Dateien wie start.g oder print.g angepasst, denn diese sind beim Slicen essentiell und werden vom generierten Gcode abgerufen. Hier kann man keine genaue Anleitung geben, da jeder eine andere Konfiguration hat. Wir arbeiten beispielsweise ohne Filamentsensor. 

Es gibt noch einige Puzzleteile wie das Generieren von Macros zum Laden und Entladen von Filament oder ähnliches, damit das Ganze funktioniert. Wir haben uns das von anderen Projekten wie dem CaribouDuet 320 kopiert und angepasst. 

Beim Erstellen der start.g Datei sollte man unbedingt darauf achten, dass wichtige Schritte wie das Homing oder das Gantry Leveling nicht ausgelassen werden. Die Frage bleibt dann in welcher Reihenfolge das geschieht.

Eine Möglichkeit könnte wie folgt aussehen:

1. Daten vom Slicer generierten Code abfragen wie Heizbetttemperatur
2. Homing XYZ
3. Absolut Position 
4. Clear mesh bed 
5. Part Fan on
6. Check Bed temperature
7. Nevermoore aktivieren, wenn gewünscht
8. Geht zum Mittelpunkt des Druckbetts
9. Setze Zieltemperatur Heizbett
10. Kurz warten, bis Umgebung auch warm wird
11. Nozzle auf 170°C vorheizen
12. Quad Gantry Leveling
13. Home Z again after Quad Gantry Leveling
14. Kalibriere Z Offset mit Klicky
15. Start bed mesh
16. Nozzle auf Ziletermperatur heizen
17. Purge Line

Den Gcode dazu kann man größtenteils im Slicer verlagern. Wir nutzen dazu ein im PrusaSlicer enthaltenes Voron Profil, das wir angepasst haben. Es gibt einige Punkte, die unbedingt eingehalten werden müssen. 

Der Startcode wird unter Druckereinstellungen/Benutzerdefinierter G-Code eingetragen:

G28 W ; home all without mesh bed level
G90 ; use absolute coordinates
M83 ; extruder relative mode
G0 X60 Y-3 Z80 ; move extruder above bed, keep extruder in front for cleaning and checking
M104 S160 T0; pre-heat extruder to 160C
M140 S[first_layer_bed_temperature] ; set bed temp
M190 S[first_layer_bed_temperature] ; wait for bed temp
;G29 ; mesh bed leveling using defined mesh grid
G0 X0 Y-3 Z10.6 ; go outside print area
M104 S[first_layer_temperature] ; set extruder temp
M109 S[first_layer_temperature] ; wait for extruder temp
M98 P"0:/sys/primeLine.g"; execute primeline macro
G92 E0.0
M572 D0 S0.07 ; set pressure advance

Erster Druck

Nachdem der Startcode im Slicer oder in der start.g erstellt wurde, erfolgt der erste Test. Es muss sichergestellt sein, dass Homing Z und die Z Probe (z.B. Klicky) funktionieren. Der entscheidende Parameter, um eine Kollision der Nozzle mit dem Druckbett zu vermeiden, ist der Z-Offset. Es gibt einen guten Ratgeber, wobei wir einen anderen Weg gewählt haben. 

Zunächst einmal muss sichergestellt sein, dass in der klicky-autoZ-config.g folgende Zeile angepasst wird:

;global clickyoffset = 0.46 ; larger values here means nozzle closer to the bed after autoz

Hierbei handelt es sich um den Abstand zwischen Z-Proben-Gehäuse wie das von Klicky und dem Punkt des Endschalters, bei dem getriggert wird. Der Endschalterweg beträgt in unserem Fall rund 0,46mm. Der Offset des Schalters von 0,46mm beeinflusst übrigens auch den Z-Offset. Wenn also der Offset des Endschalters erhöht wird, muss gleichzeitig der Z-Offset verringert werden. Nun muss nur noch der Z-Offset gesetzt werden. Diesen kann man entweder ermitteln oder sich schrittweise daran herantasten. Größere Werte bedeutet, dass die Nozzle näher an das Druckbett verfährt. Der Befehl dazu ist G31. Folgende Zeile kann in die config.g eingebaut werden, wobei der Z-Offset für jeden 3D-Drucker unterschiedlich sein kann:

G31 K0 P500 X0.0 Y18.0 Z4.00

Nach einem Neustart kann der erste 3D-Druck erfolgen. Ist die Nozzle zu hoch, kann der Abstand zwischen Nozzle und Druckbett mittels Babysteps verringert werden. Ist der Abstand extrem groß, sollte der Z-Offset direkt in der config.g erhöht und das Board neu gestartet werden. Bei LDO Voron 2.4 R2 Revc sind das etwas mehr als 10mm:

G31 K0 P500 X0.0 Y18.0 Z10.795

Das Finetuning des Z-Adjustments kann mittels Babysteps erfolgen. Aber Vorsicht, denn wenn die Nozzle zu weit vom Druckbett entfernt ist und man die Babysteps extrem verringert, erscheint möglicherweise folgende Fehlermeldung:

G1: intermediate position outside machine limits

Hier gilt es also den Wert im G31 Paramter bestmöglich anzupassen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Mesh Bed Compensation. Mit folgendem Befehl wird diese ausgeführt (z.B. im Slicer Code):

;G29 ; mesh bed leveling using defined mesh grid

Die Werte werden nach dem Ausführen gespeichert. Im Slicer Code wird dann nur noch G29 S1 eingebaut, um die gespeicherten Daten abzurufen bzw. zu laden. Wenn die Mesh bed compensation deaktiviert und die erste Schicht kalibriert ist, muss bei aktivierter Mesh bed compensation die erste Schicht etwas angepasst werden.

Fazit

Das LDO Voron 2.4 R2 RevC Kit gehört zu den wenigen Bausätzen, die alle Komponenten für den Bau eines Vorons beinhalten. Einziger Nachteil ist, dass hier ein Mainboard in Kombination mit einem Raspberry Pi und Klipper Firmware zum Einsatz kommt. Wer seinen Voron lediglich mit einem Mainboard und RepRapFirmware betreiben möchte, sollte zu einem qualitativ hochwertigen Duet 3 Mainboard greifen. Die Kombination Duet 3 6HC + 3 HC ist extrem leistungsstark und mit zahlreichen Features ausgestattet. Darüber hinaus lässt sich darauf auch Klipper installieren. Dennoch gibt es zwischen den Mainboards, was das 3D-Druckergebnis angeht, keinen großen Unterschied. Beide Varianten leisten extrem gute Arbeit. Dennoch ist das Duet 3 Board ganz klar im Vorteil, da da kein weiterer Rechner für komplexe Berechnungen zum Einsatz kommen muss und die Boards aufgrund der Leistung zukunftssicher sind. Ein weiterer Vorteil ist die lückenlose und gut verständliche Duet Dokumentation. Ein Umbau lohn sich auf lange Sicht gesehen auf alle Fälle. 

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Wer sich für den 3D-Druck interessiert, wird sicherlich schon mal über den Begriff „Voron“ gestolpert sein. Diese 3D-Drucker vereinen viele Features in einer Maschine. CoreXY-Kinematik, Linearführungen für alle Achsen, solide und präzise gefertigtes Druckbett, Schleppketten, professionelle Elektronik sowie Klipper mit Input Shaping sind nur einige dieser Features, die Herzen von 3D-Drucker Enthusiasten höherschlagen lassen. Ein Voron ist allerdings kein 3D-Drucker, den man einfach von der Stange kaufen kann. Die einzelnen Komponenten müssen vielmehr mühsam aus unterschiedlichen Quellen zusammengetragen werden. Wer dafür keine Zeit investieren möchte, greift zu einem fertigen Kit, das je nach Budget bereits viele Komponenten enthält. Grundsätzlich müssen nur das Hotend, die essentiellen Plastikteile und die Kabel hinzugekauft werden. Zwar bekommt man für wesentlich weniger Geld fertige Hochgeschwindigkeits-3D-Drucker, allerdings nicht in dieser Qualität. Auch sind fertige 3D-Drucker oftmals nicht wartungsfreundlich, in minderwertiger Qualität und lediglich als geschlossenes System erhältlich. Der wohl größte Vorteil eines Voron ist, dass dahinter eine riesige und teils sehr erfahrene Community steht und immer wieder neue Modifikationen liefert.

Aber was ist Voron genau? Voron ist im Grunde ein Open-Source-Projekt, das von einer Gruppe talentierter Ingenieure ins Leben gerufen wurde. Mit der Zeit hat sich rund um das Projekt eine aktive Community gebildet, die fortlaufend an neuen Problemlösungen feilt und neue Features präsentiert. Voron 3D-Drucker gibt es in unterschiedlichen Designs, die sich vor allem durch ihre Bauraumgröße unterscheiden. Es gibt einen kleinen Voron 0, aber auch große Vorons wie der neue Voron 2.4 R2, den wir in diesem Artikel präsentieren. Der große Reiz liegt darin, einen 3D-Drucker von Grund auf aufzubauen. Allerdings verläuft der Bau etwas anders als z.B. bei einem typischen 3D-Drucker wie dem Prusa i3 MK3S. Der Aufbau eines Voron erfordert etwas Erfahrung, denn es gibt nicht den einen Voron. Vielmehr beschafft man sich mithilfe von Einkaufslisten die Teile in gewünschter Qualität. Ein Voron 2.4 R2 kostet je nach Qualität der Komponenten zwischen 700 und 1600 EUR. Zudem sind für Montage und Verkabelung rund 25-30 Stunden erforderlich. Auch sollte man sich beim Kauf eines Kits mit der Herstelleranleitung auseinandersetzen. Diese enthält viele Hinweise mit Abweichungen zur Originalanleitung oder Infos zu zusätzlichen Funktionen. Je nach Wunsch sind dann weitere Features in Form von Mods möglich.

Bevor man sich also in den Bau eines Vorons stürzt, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass der Aufbau nicht mit dem eines Prusa i3 MK3S/MK4 oder einem anderen 3D-Drucker vergleichbar ist. Es gibt unzählige Komponenten und komplexe Zusammenhänge, die verstanden werden müssen. Dafür hat man aber wesentlich mehr Flexibilität. Entscheidet man sich für den Bau eines Voron, muss man sich vor dem Kauf unbedingt mit einigen Dingen auseinandersetzen. Die Kits haben den Vorteil, dass viele Komponenten bereits enthalten sind. Andererseits schwankt die Qualität zwischen den Herstellern extrem. Auch hat man auf die Zusammenstellung der einzelnen Komponenten keinen Einfluss. Die LDO-Kits sind so ziemlich das teuerste auf dem Markt. Dafür bekommt man hochwertige und gut sortierte Komponenten. Wer jetzt aber statt dem mitgelieferten Octopus Board auf ein Duet3D Board setzt, muss sich dieses separat dazukaufen. Erfahrene 3D-Druck Enthusiasten sollten daher schauen, was sie in ihrem Voron verbaut haben möchten und kalkulieren, ob sich der Einzelkauf mehr lohnt. Zu bedenken ist, das sowohl der Einzelkauf als auch einige günstige Kits den Nachteil haben, dass Kabel selbst gecrimpt werden müssen, was sehr mühsam ist und zusätzliches Werkzeug erfordert. Zusätzlich ist darauf zu achten, dass einige günstige Kits mit Markenprodukten werben, tatsächlich aber Klone geliefert werden.

Ist auch diese Frage geklärt, sollte man sich unbedingt mit einigen Begriffen auseinandersetzen. So gibt es beispielsweise verschiedene Bezeichnungen für den Extruder und je nach Kit-Revision auch unterschiedliche Komponenten. Das LDO Voron 2.4 R2 Kit (Rev. c) enthält beispielsweise den neuen Stealthburner Extruder bzw. das Basiskit. Das ist wichtig, denn alle essentiellen Plastikteile können selbst gedruckt oder gekauft werden. Es gibt demnach je nach Revision modifizierte STL-Dateien, die hinzukommen können.

Wir haben uns für das LDO Voron 2.4 R2 Kit entschieden, weil der Hersteller die besten Komponenten für den Bau eines Vorons zusammengestellt hat und wir damit langfristig gut aufgestellt sein möchten. Zwar eignen sich für den Bau eines Voron 3D-Druckers auch andere wesentlich günstigere Kits, allerdings enthalten diese Kits Komponenten von minderwertiger Qualität. Und wenn man schon so viel Zeit in dem Bau eines 3D-Druckers investiert, sollte man auch auf beste Komponenten setzen.

Unboxing

Das Unboxing vom LDO Voron 2.4 R2 Kit (300mm Version) hat uns viel Freude bereitet. Alles ist sauber und gut sortiert verpackt. Normalerweise prüfen wir selten bis kaum Teilelisten. In diesem Fall hat es uns aber viel Freude bereitet, alle Komponenten mit der Teileliste abzugleichen. Wichtig ist, dass alle Komponenten mithilfe der beiliegenden Checkliste geprüft werden. Beim Verpacken kann immer mal etwas schief gehen. Wer mit der Kabelbezeichnung nicht zurechtkommt, sollte sich unbedingt die LDO-Webseite zur Verkabelung anschauen. Dann bekommt man ein Gespür dafür, was wie wo miteinander verkabelt wird.

Sehr lobenswert ist, dass LDO unter anderem das Octopus Mainboard inklusive der Schrittmotortreiber mitliefert. Auch ein Revo-Hotend ist im Kit enthalten. Somit wird alles mitgeliefert, um den Voron betriebsbereit zu machen. Die mitgelieferten Einzeladern und Kabelbäume sind in guter Qualität und sauber gecrimpt. Das Kit enthält außerdem 12H Linearführungen, ein modifiziertes Hartk Toolhead PCB für einfachere Verkabelung, ein Input Shaper Tool, LED-Beleuchtung, ein Nevermore Filterkit, Klicky Mod für das Leveln sowie verschiedene Montagetools. LDO hat beim Voron 2.4 R2 Kit in der Rev. c wirklich an alles gedacht.

Was benötige ich noch?

Beim Voron 2.4 R2 von LDO handelt es sich um das neuste Kit, das im Vergleich zu den vorherigen Revisionen einige Verbesserungen spendiert bekommen hat. In unserem Kit ist sogar ein Hotend enthalten. Um das Kit aufzubauen, benötigt man zunächst einmal die essentiellen Plastikteile, um den 3D-Drucker betriebsbereit zu machen. Entweder druckt man sich die Komponenten selbst oder aber man macht es sich einfach und bestellt diese über das PIF auf Discord. Dort kann man das 3D-Druckermodel, das Hotend und die Materialfarbe bestimmen. Für rund 110 EUR erhält man dann innerhalb weniger Tage seine Plastikteile. Wer sich die Plastikteile selbst drucken möchte, kann diese via VoronDesign Github herunterladen. Am besten macht man sich vorher einen Plan, welche Teile wirklich benötigt werden. Beim Voron 2.4 Kit in der Revision 2 ist beispielsweise nicht der Afterburner Extruder dabei, sondern der neue Stealthburner. Printheads gibt es für die Hotends Revo Micro, Revo Six und V6, Revo Voron und viele weitere. Für das Mosquito Hotend gibt es leider kein offiziell unterstütztes Printhead. Da einige Hersteller von Kits kein Hotend beilegen, muss man sich selbst darum kümmern. Kleiner Tipp von uns: Bondtech hat auf seinem Github passende Stealthburner-Printheads für das Mosquito Standard, Magnum und Plus Hotend.

Des Weiteren wird je nach Komponenten ein Kabelbaum benötigt. Im LDO Voron 2.4 R2 Kit ist für den Aufbau ein Kabelbaum samt modifizierten Hartk-Platinen enthalten. Wer allerdings auf ein Duet Mainboard umrüsten möchte, sollte sich auf alle Fälle einen qualitativ hochwertigen Kabelbaum für das entsprechende Mainboard zulegen oder die Kabel selbst crimpen.

Uns wurde für ein Upgrade auf ein Duet 3 Mainboard vom kb-3d.com-Shop ein Kabelbaum zugesichert. Der Kabelbaum wird mit verschiedenen Optionen angeboten und anschließend gefertigt. Das Produkt ist für die Größen 250mm, 300mm und 350mm sowie für die Controller-Typen Fysetc Spider, BTT Octopus, BTT SKR und Duet 3 verfügbar. Bei der Farbauswahl stehen schwarz, rot, blau, weiß und orange zur Verfügung. Gegen einen geringen Aufpreis kann das originale Hartk Toolhead PCB mitbestellt werden. Da der Voron 2.4 R2 in der Rev. c mit einem neu konzipierten PCB ausgeliefert wird, müsste dieses ebenfalls durch das vom Shop angebotene PCB ersetzt werden. Hergestellt werden die Kabelbäume von LINNEO. Die Firma bietet mit den Linneoflon-Kabeln eine preisgünstige und qualitativ hochwertige Alternative zu den teuren Heluflon-Kabeln an. Allerdings wurde seit unserer Bestellung im Mai 2023 bis heute (Stand 26.03.2024) kein Produkt ausgeliefert. Zunächst wurde kaum auf Nachrichten reagiert, dann eine nicht existierende Trackingnummer versendet und vor einigen Monate auf die guten Bewertungen anderer Kunden verwiesen. Die guten Bewertungen bringen nur nichts, wenn die Produkte nicht geliefert werden. Dadurch haben sich natürlich auch dieser Artikel sowie Upgrades des Voron verzögert. Laut eigener Aussage hat der Shop kb-3d.com keine Kontrolle über Linneo. Heißt zusammengefasst, wenn man bestellt und Linneo nicht liefert, dann ist das Geld erst einmal weg. Nachdem einige E-Mails unbeantwortet blieben, hieß es vor einigen Wochen, dass wir innerhalb einer Woche eine neue Tracking Nummer erhalten würden. Aber auch diese haben wir bis heute nicht erhalten und eine Rückmeldung per E-Mail blieb bis heute aus. So geht man mit Kunden und Geschäftskunden auf keinen Fall um. Daher können wir die vielen positiven Erfahrungen nicht teilen und würden diesen Anbieter auch nicht weiterempfehlen.

Was muss ich vor dem Aufbau beachten?

Vor dem Bau eines Voron 2.4 sollte man sich unbedingt die Dokumentation von LDO anschauen. Diese ist mit Abstand die umfangreichste, die man im Netz finden kann. Das ist auch kein Wunder, den LDO und das Voron Team kooperieren bereits seit Jahren miteinander. In der Dokumentation gibt es zunächst eine Übersichtsseite mit den Features sowie Tipps vor dem Bau. Dort kann man sich sogar eine Seriennummer ausstellen lassen, sobald der Voron fertiggestellt ist. Anschließend kann man sich die BOM zu seinem Model anschauen. Nach einem BOM-Check sollte man sich unbedingt folgende Guides anschauen:

• Printed Parts Guide
• Wiring Guide
• Tuning Guide Cable Chain Guide
• Uk2.5 Terminals

Im Grund erfolgt der Aufbau des LDO Voron 2.4 R2 Kits gemäß der offiziellen Anleitung. Parallel dazu sollte die LDO-Dokumentation aufgeklappt sein, um Änderungen beim Aufbau zu berücksichtigen. Sind die Aluminiumprofile samt Lineargleitlagern erst einmal installiert, hat man bereits die halbe Arbeit erledigt. Insbesondere beim Aufbau der Mechanik samt Gantry (dazu später mehr) sollte man sehr viel Zeit und Geduld einplanen, da die exakte Ausrichtung ausschlaggebend für die Druckqualität ist.

Plastikteile und Materialauswahl

Das ideale Material für die Plastikteile sollte einige Kriterien erfüllen. In einem 3D-Druckergehäuse können Umgebungstemperaturen von 55 – 70°C entstehen. Die Glasübergangstemperatur des zu druckenden Materials sollte deshalb mindestens 80°C betragen. Daher fällt PLA mit einer Glasübergangstemperatur von rund 55°C weg.

Bei PETG liegt die Glassübergangstemperatur 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 konstanter thermischer Beanspruchung weich werden und sich durch hohe mechanische Belastung oder Druck verformen. Plastikteile außerhalb der Einhausung können auch aus PETG 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 seinen 3D-Drucker provisorisch einhausen, um eine gute Layerhaftung zu gewährleisten und Warping zu minimieren. Raft und Wände können dabei helfen, ein gutes Druckbild zu erzielen. Von einigen ABS-Varianten wie esun ABS+ sollte man die Finger lassen, auch wenn es sich großer Beliebtheit erfreut. Umso weniger können wir nachvollziehen, warum die meisten Anbieter von Plastikteilen für den Voron immer noch auf das esun ABS+ setzen. Leider geht aus dem technischen Datenblatt nicht immer hervor, welche Materialien für die Zusammensetzung verwendet worden sind. 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. Zudem ist das esun ABS+ extrem weich und unserer Meinung nach nur bedingt für den Voron geeignet. Auch andere Hersteller wie Fillamentum bieten tolle ABS-Varianten an. Leider beträgt auch hier die HDT nur rund 80°C, was immer noch sehr grenzwertig ist. 

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Beim Prusa MK4 (zum Prusa-Shop) wurden laut Hersteller im Vergleich zum Vorgänger über 90% der Bauteile überarbeitet. Das ist auf den ersten Blick kaum ersichtlich, da der MK3S und der MK4 ähnliche Dimensionen aufweisen. Technisch hat sich aber einiges getan. Der Prusa MK4 wurde mit neuer Steuerelektronik samt Farbdisplay und Status RGB-Beleuchtung ausgestattet. Ein weiteres Feature ist der neue Extruder, bei dem der Abstand zum Druckbett durch einen Wägezellensensor vollautomatisch durchgeführt wird. Das integrierte WiFi rundet das Paket ab. Aber auch die Schrittmotoren, Linearführungen und Lager wurden gegen stabilere Varianten ersetzt. Das wirkt sich in der Praxis vor allem in der Oberflächequalität der gedruckten Teile aus.

Lieferumfang

Der Prusa MK4 wird entweder als Kit zum Selberbauen oder als fertig zusammengebaute Version angeboten. Wir haben uns für die fertige Variante entschieden. Wer einen MK3 besitzt und ein Upgrade auf den MK4 plant, findet auf der Herstellerwebseite das passende Upgradekit. Das einfachste Upgrade enthält Mainboard und Display. Die zweite Variante zusätzlich den Nextruder Motor. Bei dem dritten Upgrade handelt es sich um ein volles Upgrade auf den MK4.

Das Paket mit dem Prusa MK4 enthält neben der beliebten Gummibärchenpackung einen ADATA 16 GB USB Stick, ein Stromkabel, ein ausführliches Handbuch, ein gedrucktes Testprotokoll und natürlich den MK4. Zusätzlich werden eine Filamentrolle des Prusament PLA Galaxy Black sowie ein Zubehörkarton mitgeliefert. Zum Zubehör zählen unter anderem diverses Werkzeug und ein Filamenthalter.

Ein weiteres Highlight sind die drei mitgelieferten Druckbleche mit glatter-, texturierter und satinierter Oberfläche, die mit unterschiedlichen Hafteigenschaften bestechen. Bei uns lag außerdem ein Adapter für den Nextruder bei, der die Installation von unterschiedlichen V6 Druckdüsen ermöglicht. wer abrasives Material drucken möchte, kann auch zur E3D Prusa MK4/XL ObXidian Düse greifen.

Inbetriebnahme

Der Prusa MK4 kommt einsteigerfreundlich daher und bietet einen Installationsmanager, der nach dem ersten Start ausgeführt wird und verschiedene Funktionstest initialisiert. Joseph selbst begrüßt uns auf dem neuen Display. Während dem Installationsprozess wird unter anderem ein Selbsttest durchgeführt, bei dem unter anderem die Temperatursensoren getestet werden. Insgesamt wurden vier davon verbaut, darunter auch einer im Heatbreak. Spannend geht es dann mit dem Wägezellentest weiter, bei dem der Benutzer mit seinem Finger kurz die Druckdüse antippen muss. Danach werden die Endpunkte der einzelnen Achsen geprüft. Auf klassische mechanische Endschalter wird auch diesmal verzichtet, da Prusa die Endpositionen über die Schrittmotorentreiber löst. Grobgesagt können diese zwischen Normalbetrieb und Kollision mit den Endpunkten der Linearwelle unterscheiden und setzen diesen Punkt dann als Endpunkt.

Nach dem Installationsprozess können über das gut strukturierte Menü verschiedene Einstellungen wie die WiFi-Anbindung durchgeführt werden. Dabei wird ein USB-Stick, der im Lieferumfang enthalten ist, rechts am Display in den USB-Port gesteckt. Es wird eine Datei generiert, die auf dem Datenträger kopiert und vom Anwender an einem Rechner bearbeitet werden muss. Über einen Texteditor wie Notepad++ wird diese Datei geöffnet und Benutzername und Passwort des Heimnetzes eingetragen. Der USB-Stick wird dann wieder mit dem Prusa MK4 verbunden und die Credentials geladen. Unmittelbar danach sollte der Zugang via WiFi verfügbar sein. Verbinden kann man sich mit dem Gerät z.B. über Prusalink, Octoprint und viele weitere.

Mainboard und Display

Der neue Prusa MK4 hat ein neues Mainboard spendiert bekommen, das vom tschechischen Unternehmen selbst entwickelt wurde. Auch das Farbdisplay ist neu und bietet zahlreiche Features inklusive Status RGB-Beleuchtung an der Unterseite. Bei dem Display handelt es sich um ein Touch-Screen, das aber im Auslieferungszustand (Stand Mai 2023) noch ohne Funktion ist. Das sollte aber mit zukünftigen Updates behoben werden. 

Die Menüführung ist beim MK4 neu und etwas anders als beim MK3 gegliedert, kann aber nach Belieben angepasst werden. Es gibt das eigentliche Menü mit Print, Preheat, Filament, Calibrate, Settings und Info und einen Fußteil mit den Temperaturen von Hotend und Druckbett. Eine Übersicht der vollständigen Menüführung gibt es hier.

Firmware und Slicer

Unser Drucker wurde mit der Firmware Version 4.6.1 ausgeliefert. Es ist wichtig zu wissen, das Prusa vor allem jetzt zu Beginn der Auslieferungsphase viele neue Updates mit neuen Features herausbringt. Dazu zählt auch das Input Shaping, um einen schnelleren 3D-Druck bei gleichzeitig weniger Ghosting zu erreichen. Aber auch am PrusaSlicer wird ständig weiterentwickelt. Aktuell gibt es eine Version, die für den Prusa MK3/MK3S geslicte Objekte MK4-kompatibel generiert.

Als dieser Test entstand, gab es die Geräte-Firmware Version 4.7.1, in der unter anderem der Selbsttest verbessert wurde. Auch gibt es eine xBuddy Revisions Unterstützung, um aktuelle und kommende Hardware bzw. Mainboards mit unterschiedlichen Chips bzw. Revisionen zu unterstützen. Der Anwender muss sich also nicht selbst darum kümmern, die korrekte Firmware auszuwählen.

Aktuell bietet Prusa3D die neue Firmware 5.0.0 an, die unter anderem Features wie Input Shaper, Pressure Advance and Precise stepping unterstützt. Weitere Informationen dazu weiter unten im Text.

Perfekte erste Layer

Prusa MK3/MK3S Besitzer kennen das Problem, dass das z-Adjustment mit sich bringt. Es will manchmal nicht so wirklich mit der ersten Schicht klappen. Und ist erst einmal die erste Schicht mit PLA kalibriert, kommen neuen Probleme dazu. Möchte man ABS oder PC drucken und heizt den Drucker vorher lange auf, heizt sich auch die PINDA auf. In Kombination mit der Umgebungstemperatur werden die Messwerte verfälscht und die erste Schicht passt nicht mehr. Entweder ist die Düse zu nah am Druckbett oder zu weit davon entfernt und es kommt im schlimmsten Fall zu Warping. Der MK4 geht da mit dem Wägezellensensor, der eine perfekte erste Schicht ermöglicht, einen neue Weg.

Der Nextruder ermöglicht zudem die Verwendung von Druckdüsen verschiedener Hersteller. Ist die Nozzle kürzer oder länger, is das kein Problem, da der Wägenzellensensor den Abstand zwischen Druckbett und Druckdüse vor jedem Druckvorgang neu berechnet.

Nun ist es aber so, dass eine perfekte erste Schicht nicht immer von Vorteil ist. Bei Materialen wie ABS oder PC möchte man z.B. auf einer pulverbeschichteten Druckplatte das Material leicht auf das Druckbett pressen, um die Haftkraft zu vergrößern. Das kann man während dem Druck mit einem langen Druck auf den Funktionsknopf tun und die Düse während dem Druck leicht senken.

So schön die Wegezellesensor-Technik auch ist, birgt sie auch ein Risiko. Ist die Düse verdreckt, wird eventuell die erste Schicht nicht korrekt berechnet. Denn die Düse wird dabei als Messpunkt verwendet und da sollte kein austretendes Material dazwischenliegen. Prusa hat sich da aber etwas feines einfallen lassen. Beim Vorheizen wird die Druckdüse nicht voll aufgeheizt, sondern nur vorgeheizt. Bei PLA sind das z.B. 170°C. Das hat den Vorteil, dass das Filament anfangs kaum herausläuft und gleichzeitig stets dieselbe Temperatur für den Kalibrierungsvorgang verwendet wird. Dadurch können Messpunkte durch Veränderung der Druckfläche infolge thermischer Dehnung nicht verfälscht werden. Das war beim Prusa MK3S ein großes Problem, da sich unterschiedliche Temperaturwerte auch auf die PINDA auswirkten. Das Ergebnis waren teils große Abweichungen in der ersten Schicht. Es gibt auch die Möglichkeit, dass der MK4 die Düse selbst durch das Abtupfen vor dem Druck reinigt. Wenn es allerdings zu einem Druckdüsen-Reinigungsfehler führt, könnte das ein Indiz dafür sein, dass die Nozzle zu stark verunreinigt ist. Ich vermute mal, dass sich der Drucker bei der ersten Initialisierung einen Wert merkt und dann den Istwert damit abgleicht. Ist die Abweichung zu hoch, muss die Nozzle mit einer Messingbürste gereinigt werden. Daher habe ich mir angewöhnt, die Druckdüse nach jedem Druckvorgang kurz zu reinigen bzw. mit der Messing Bürste zu säubern.

Beim MK4 gibt es kein Mesh Bed Leveling und auch keine Korrektur mehr. Diesen Schritt übernimmt die Wägezelle, die exakt für jeden Punkt einen Messwert hinterlegt, indem sie jedes Mal das Druckbett leicht berührt und somit sehr präzise arbeitet. Wir hatten beim MK3 oftmals Abweichungen, bei denen der Drucker trotz Mesh Bed Level Correction keine konstanten Ergebnisse lieferte. Das ist beim MK4 anders. Die erste Schicht ist über das gesamte Druckbett perfekt. Das bedeutet, dass man die Druckbettoberflächen bzw. Stahlbleche einfach tauschen kann und trotzdem jedes Mal eine perfekte erste Schicht erhält. Das funktioniert auch mit Glas sehr gut, was früher umständlich über den GCODE und einem schnellen Wechsel möglich war. Vermessen wird übrigens immer nur der Druckbereich, der für den Druck erforderlich ist. Das macht auch Sinn, denn bei einem Benchy in der Mitte des Druckbetts muss dann nicht das gesamte Druckbett ausgemessen werden.

Der erste Druck

Unser erster Druck ist das Benchy, das wir innerhalb von 30 Minuten mit 0.2mm Layerhöhe gedruckt haben. Der Druckvorgang wird dabei wie folgt initialisiert. Unabhängig vom Material wird zunächst das entsprechende Model im Display angezeigt. Mit einem Druck auf Print wird der Aufheizvorgang eingeleitet. Nachdem 170°C an der Druckdüse erreicht worden sind, wird zunächst kalibriert. Die Düse wird vorher vom Drucker gereinigt, wobei es nicht schaden kann, diese grundsätzlich sauber zu halten, damit die Wegezellensensopren auch richtig messen. Danach wird weiter aufgeheizt und der Druckvorgang gestartet.

Was beim ersten Druck auffällt, ist die Tatsache, dass beim Preheat z.B. für PLA nur bis 170°C aufgeheizt wird. Erst wenn Filament durchgeschoben wird oder der Druck gestart wird, wird auf die Zieltemperatur aufgeheizt. Wir vermuten Mal, dass durch diese konstante Temperatur von 170°C die Sensoren vor dem Kalibrieren nicht beeinflusst werden. Denn je nach Materialwahl würde die Druckdüse unterschiedliche Temperaturwerte ausgleichen und durch thermische Gegebenheiten die Sensoren beim Kalibrieren für die erste Schicht beeinflussen. Nach dem Kalibrierungsvorgang wird die Düse bis zur eingestellten Temperatur vorgeheizt. Leider hat das aber auch einen Nachteil. Wer vorher ABS oder PC-Filament vearbeitet hat, möchte eventuell länger vorheizen, damit es nicht zu Verstopfungen kommt. Hier bleibt einem dann nur der Weg über Control/Temperature/Nozzle Temperature, um die Temperatur manuell einzustellen. Das Heizbett wird beim Preheat übrigens stets bis zur Zieltemperatur vorgeheizt.

Auch der Filamenttausch funktioniert an sich gut. Der MK4 merkt sich stets das verwendete Filament und gibt sogar eine Warnung aus, sollte mit einem anderen als dem eingeführten Material gedruckt werden. In unserem Fall haben wir mit Polycarbonat bei 270°C gedruckt. Soll danach mit PLA oder PETG gedruckt werden, muss zunächst „Unload Filament“ gewählt werden. Sobald die Druckdüse auf 270° aufgeheizt wurde, kann das Material extrudiert werden. Nach der Entnahme des Filaments fragt der Assistent, welches Material eingeführt werden soll. Wird dann z.B. PLA gewählt, heizt der MK4 die Druckdüse auf 215°C auf. Das bedeutet im Klartext, dass das PLA eingeführt und solange extrudiert wird, bis unte im Display die Ziletemperatur erreicht worden ist. Nur so werden einerseits Reste vom PC-Filament herausgetrieben, und andererseits ein Verstopfen der Düse verhindert.  

Uns ist leider auch diesmal aufgefallen, dass die vom Slicer ermittelte Druckzeit oft nicht mit der realen Druckzeit übereinstimmt. Die Druckzeit verlängert sich mit zunehmender Größe und Komplexität der Objekte. Bei einer ermittelten Druckzeit von 8 Stunden beträgt die tatsächliche Druckzeit rund 9 Stunden. Das lässt sich aber nicht immer ganz genau abschätzen. Der Assistent auf dem Display ist übrigens sehr hilfreich, auch wenn man manchmal die schnelle Menüführung des Vorgängers vermisst.

Input Shaper und Geschwindigkeit

Prusa hat seinen MK4 zum Verkaufsstart mit Input Shaping beworben. Allerdings ist diese Technik zu dem Zeitpunkt noch nicht verfügbar gewesen. Bei dieser Technik werden über einen Beschleunigungssensor Resonanzen gemessen und mittels Firmware ausgeglichen. Weniger Vibrationen bei höheren Druckgeschwindigkeiten helfen unter anderem, um Ghosting größtenteils zu eliminieren.

Der MK4 liefert aber nicht nur bessere Ergebnisse als sein Nachfolger, sondern ist auch wesentlich schneller. Die neuen 0.9° Schrittmotoren bieten mehr Schritte und sollen unter anderem vertikale Artefakte minimieren. Also ein besseres Druckbild liefern.Mit der aktuellen Firmware 5.0.0 (Stand 25.10.2023) liefert der Hersteller nun auch Features wie Input Shaper, Pressure Advance and precise stepping nach. Input Shaper ist ein Features, dass das sogenannte Ghosting unterdrückt. Aus technischer Sicht werden dabei Resonanzvibrationen minimiert. Damit sind deutlich höhere Geschwindigkeiten und Beschleunigungen möglich. Gleichzeitig minimiert es durch die schnellen Bewegungen Stringing. Das dürfte vor allem für Prototypen interessant sein, da die Druckgeschwindigkeit enorm gesteigert werden kann.

Pressure Advance gehört ebenfalls zu den Neuerungen ab Firmware 5.0.0 und ermöglicht eine Qualitätssteigerung, indem der Anpressdruck der Druckdüse während einem Druckvorgang angepasst wird. In Kombination mit Input Shaper ermöglicht dies schnelle und qualitativ hochwertige Drucke in einer wesentlich kürzerer Zeit.

Beide Features verlangen eine ausgeklügelte Schrittmotorsteuerung. Deshalb hat Prusa3D eine Implementierung von Precise Stepping vorgenommen. Dies ermöglicht hochpräzises Timing der Schrittmotoren. Und das Input Shaping funktioniert sehr gut. Zudem gibt es anders als z.B. bei einem Voron 2.4 kaum Masse zu bewegen, was ein Vorteil ist.

Die Installation der Firmware ist extrem einfach. Wer seinen 3D-Drucker nicht direkt neben einem Rechner stehen hat, kann auch keine Serielle Schnittstelle nutzen. Glücklicherweise lässt sich die Firmware Datein auch direkt auf einen USB-Stick laden und dirrekt am Prusa MK4 ausführen. Eine Beschreibung dazu gibt es hier.

Ein ganz wichtiger Punkt, der in kaum einem Artikel erwähnt wird, ist das Warping. Hohe Geschwindigkeiten führen insbesondere bei ABS/ASA oder PC zu Warping. Bei größeren Objekten lässt sich das auch durch eine Umhausung nicht ganz ausschließen. Werden nun Prototypen oder finale Objekte um ein Wesentliches schneller gedruckt, neigt das Material auch zu mehr Warping. Zudem werden vor allem dünne Wände nicht immer sauber gedruckt, weshalb Input Shaping mit Bedacht bewählt werden sollte. Für funktionelle Objekte geht das aber vällig in Ordnung.

Montage und Demontage vom Nextruder

Der Nextruder ist einfach zu warten. Eine Neuerung ist die integrierte Platine, die an die Hartk PCB vom Voron erinnert. Dadurch müssen Kabel nicht mehr über lange Wege zum Mainboard geführt werden, sondern können alle an eine Platine angeschlossen werden, von der dann nur noch ein einziges Kabel zum Mainboard führt.

Klappt man die einseitige Bauteilkühlung auf, kann das Hotend schön von allen Seiten gereinigt werden. Zum Entfernen des Hotends müssen die beiden Rändelschrauben gelöst und die Kabel ausgesteckt werden. Die Düsen gibt es in verschiedenen Durchmessern, sind aber auch relativ teuer. Glücklicherweise hat uns Prusa den Nextruder V6 Nozzle Adapter beigelegt. Damit können auch andere Düsen genutzt werden.

Wer abrasive Materialien wie ABS oder Polycarbonat mit Kohlefaseranteil drucken möchte, sollte zu einer gehärteten Düse greifen oder alternativ zu der E3D ObXidian Nozzle. Die ObXidian Nozzle ist eine hochwertige Düse, die speziell für abrasive Materialien und für den Druck bei hohen Temperaturen entwickelt wurde.

Druckauflagen

Für den Prusa MK4 gibt es verschiedene Druckbettauflagen mit unterschiedlichen Oberflächen. Dank der Wägezellentechnologie können auch Druckplatten aus Borosilikat verwendet werden. Das mühsame anpassen des Abstands zwischen Offsets für den Abstand zwischen Druckbett und Druckdüse mittels GCode entfällt damit komplett.

Für Drucke mit PLA und PETG eignet sich insbesondere das beidseitig pulverbeschichtetes PEI-Satin-Federstahlblech. Die Oberfläche ist matt und leicht strukturiert. Das doppelseitig strukturierte PEI pulverbeschichtetes Federstahlblech eignet sich ebenfalls für zahlreiche Materialen, erzeugt aber aufgrund der Oberflächenbeschichtung einen ausgeprägten strukturierten Look. Dafür ist es kompatibel mit fast allen Materialien. Wer überwiegend mit PLA druckt, kann auch zur Federstahldruckplatte mit glatter doppelseitiger PEI-Schicht greifen. Leider scheint die Haftung bei einigen Druckplatten von Prusa mit den Jahren etwas abgenommen zu haben. Bei den neueren Exemplaren bekommen wir teilweise sogar mit PLA Objekten leichtes Warping. Ansonsten macht das mit dem Prusa MK4 einen irrsinnigen Spaß, verschiedene Druckbettauflagen auszuprobieren, ohne sich um die Kalibrierung der ersten Schicht zu kümmern. 

Prusa Link und Prusa Connect

Der Prusa MK4 kann sowohl direkt als auch aus der Ferne gesteuert werden. Für eine Remoteverbindung bietet Prusa3D seinen Benutzern die Möglichkeit, Prusa Link oder Prusa Connect zu nutzen. Ausführliche Anleitungen zur Einrichtung gibt es hier.

Prusa Link ist eine Anwendung, die Offline läuft. Das bedeutet, dass sich sowohl der Rechner als auch der Prusa MK4 beide im selben Netzwerk befinden müssen. Die Anwendung beinhaltet wichtige Statusanzeigen wie Drucktemperatur und -status und erlaubt den Upload von GCODE auf den USB Stick des 3D-Druckers. Das Interface ist einfach und gut strukturiert, allerdings auch sehr abgespeckt. Es fehlen grundlegende Features wie eine umfangreiche Sortierfunktion der Dateinamen. Darüber hinaus ist der Upload ist der Dateien über WLAN  extrem langsam.

Prusa Connect ist eine Platform, die über connect.prusa3d.com zu erreichen ist. Die Anmeldung erfolgt über Benutzername und Passwort. Für die Einrichtung ist außerdem ein Passwort erforderlich, das vom 3D-Drucker generiert und bei der Online-Einrichtung aus Prusa Connect eingegeben werden muss. Prusa Connect hält sehr viele nützliche Features bereit, die in Prusa Link nicht verfügbar sind. Zudem kann der Zugriff auch außerhalb des Heimnetzwerks erfolgen. Der Upload von GCODE erfolgt entweder direkt auf dem USB-Strick des 3D-Druckers oder in die Cloud. Ein Upload über den PrusaSlicer ist nach entsprechender Konfiguration ebenfalls möglich. Es kann sogar die Firmware darüber aktualisiert werden. Leider gibt es auch bei Prusa Connect einige Nachteile. So ist die Webcam-Unterstützung ist sehr ausbaufähig. Die Bildübertragung erfolgt mit einem alten Smartphone, mit dem ein QR-Code auf demn MK4-Display gescannt wird. Dadurch gelangt man auf eine Webseite, wo das Smartphone mit dem Prusa Account verbunden wird. Das Smartphone wird damit zur Webcam, allerdings nicht in Echtzeit.

Slicer Profile

Der PrusaSlicer ist eine von Prusa selbst entwickelte Slicer-Software. Sie basiert auf dem Open-Source-Projekt Slic3r und bietet mittlerweile sehr viele innovative Features. Wir nutzen die Slicer-Software für verschiedene 3D-Drucker wie Original Prusa MK4, Original Prusa MK3S, Caribou 320 Duet und Voron 2.4. Beim MK4 ist zu beachten, dass für das Input Shaping ein anderes Druckerprofil ausgewählt werden muss.

Prusa MK4 oder BambuLab

In den letzten Monaten gab es viel Trubel rund um die neuen BambuLab Drucker. Leider blieb das für einige Hersteller nicht ohne Folgen, weshalb einige davon Insolvenz anmelden mussten. Aber ist dieser Hype um BambuLab Drucker berechtigt? Vor allem von Influenzern werden diese Produkte hochgelobt, aber oftmals ohne viel Hintergrundwissen. Ein Punkt ist die Geschwindigkeit. Mechanische Bauteile, die dermaßen beansprucht werden, haben eine kürzere Lebensdauer. Ein weiterer Punkt ist das fehlende Open Source, wodurch technische Modifikation wie z.B. am Hotend nicht möglich sind. Und dann wäre da noch die Teilebeschaffung. Bei Bambu gibt es die Ersatzteile oft nur beim Hersteller, während der Prusa auf Open Source setzt und viele Teile überall erhältlich sind. Wer sich einen vernünftigen 3D-Drucker mit guter Teilebeschaffung und Wartbarkeit kaufen möchte, sollte zum Prusa MK4 greifen. Zudem liefert der Hersteller hier sehr viele Hintergrundinformationen und das auch noch mehrsprachig.

Fazit

Die 3D-Drucker von Prusa gehören für mich bis heute zu den besten Open Source Projekten auf dem Markt. Es sind solide und zuverlässige Arbeitsmaschinen und dank engagierter Entwickler und Community gibt es immer wieder neue Entwicklungen oder  Verbesserungen.Der MK4 sieht neben dem MK3 nahezu identisch aus. Dennoch hat sich bei dem Prusa MK4 sehr viel getan, wie die Entwickler in einigen Videos gezeigt. In diesem Preissegment sind die 3D-Drucker von BambuLab die wohl größte Konkurrenz für Prusa. Daher muss man sich als Endnutzer die Frage stellen, wie wichtig einem das Open Source Prinzip oder die Ersatzteilbeschaffung samt Support sind. Prusa zeigt immerhin seit der Gründung im Jahr 2009, dass Ersatzteile teilweise bis heute beschafft werden können und das die Prusa 3D-Drucker bis ins kleinste Detail modifiziert werden können. Ein weiteres Argument für den MK4 sind die Upgrades, denn jedes Vorgängermodell lässt sich mittels Upgradekit umrüsten. In Sachen Geschwindigkeit hat BambuLab teilweise die Nase vorne, allerdings wirkt sich das vor allem auf die Stabilität der Teile sowie auf die Optik aus. Ein weiterer Vorteil vom MK4 ist die Drucklautstärke. Ein Kritikpunkt beim MK4 war, dass zum Release noch nicht alle Funktionen vorhanden waren. Das hat Prusa mittlerweile aber größtenteils aufgeholt. Die Wägezellentechnologie, die verschiedenen Druckbettauflagen und die neuen Features wie Input Shaping sind gute Gründe, sich einen Prusa MK4 zuzulegen. 

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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.

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Im 3D-Druck bieten sich immer mehr Einsatzmöglichkeiten, vor allem dank der wachsender Anzahl an Filamentsorten. Neben Standard-Filamenten wie PLA, PETG und ABS gibt es auch Materialien für industrielle Anwendungen wie TPE, Polycarbonat, PEEK und Ultem PEI. Einige Filamente beinhalten außerdem Metallpartikel oder Kohlefasern, die die Standard-Druckdüsen aus Messing stark beanspruchen. Das spiegelt sich auch im Druckbild wieder. Zwar gibt es für jeden Einsatzbereich unterschiedliche Druckdüsenmaterialien, aber das erfordert einen Mehraufwand, da die Druckdüse für die entsprechenden Materialien getauscht werden muss. Das ist aber nur ein Teil der Wahrheit, denn auch der Druckdüsendurchmesser spielt bei der Verarbeitung bestimmter Materialien eine wesentliche Rolle. Kunststoffe wie z.B. Carbon-basiertes Polycarbonat sollten deshalb nur mit einer Druckdüse verarbeitet werden, die größer als 0.4mm ist. Zudem sollte eine Schichthöhe von 60% des Düsendurchmessers nicht über- oder unterschritten werden. Bei einer 0.4mm Druckdüse entspricht das einer Schichthöhe von 0.25mm. Wer Kohlefaserbasierte Materialien mit einer Schichthöhe unter 0.25mm verarbeitet, der muss mit einem deutlichen Gegendruck am Hotend rechnen. Das führt zu einer unzureichenden Zufuhr des Materials. Die Folge kann eine eingefressene Kerbe im Filament durch das Antriebsrad sein.

Slice Engineering Vanadium Nozzle

Slice Engineering hat neben dem qualitativ hochwertigen Mosquito Hotend, den wir bereits ausführlich getestet haben, eine Vanadium Druckdüse im Programm, die für jeden nur erdenklichen Einsatz im 3D-Druck entwickelt worden ist. Mit einer Mindesthärte von 64 Rockwell C (Vickers HV 910) ist die Druckdüse praktisch unzerstörbar. Zusätzlich wirkt eine spezielle Beschichtung der Ansammlung von Filament auf der Düse entgegen. Die Druckdüse gibt es mit den Druckdüsendurchmessern 0.2, 0.4, 0.6 und 0.8mm.

Im 3D-Druckbereich wird üblicherweise die 0.4mm Druckdüse verwendet. Das Wechseln der Druckdüse ist je nach Hotend-Ausführung schnell erledigt und wirkt sich je nach Druckdüsendurchmesser sowohl auf die Qualität des Druckbilds als auch auf die Druckgeschwindigkeit aus. Ein kleiner Druckdüsendurchmesser eignet sich hervorragend für detaillierte 3D-Objekte, nimmt gleichzeitig aber auch mehr Druckzeit in Anspruch. Mit einem größeren Düsendurchmesser lässt sich wesentlich schneller drucken, auch wenn sich das auf die Qualität des 3D-Objekts auswirken kann.

Schichthöhe und Wandstärke

Beim FDM/FFF 3D-Druckverfahren werden die Objekte Schicht für Schicht aufgebaut. Die Auflösung ist dabei unter anderem von der Dicke jeder Schicht abhängig. Mit einer geringeren Schichthöhe können glattere Oberflächen und detailliertere Modell erzielt werden. Die steigende Anzahl an Schichten wirkt sich aber nicht nur auf die Druckzeit aus, sondern auch auf die Stabilität des Modells. Denn je geringer die Schichthöhe, desto mehr Schichten müssen gedruckt werden. Dadurch steigt aber die Fehlerquote.

Die eingestellte Schichthöhe sollte unabhängig von der verwendeten Drückdüse 80% des Düsendurchmesser nicht überschreiten. Bei einer Druckdüse mit 0.4mm im Durchmesser beträgt die maximale Schichthöhe 0.32mm. Üblicherweise wird hier eine Schichthöhe von 0.25mm gewählt. Bei einer Druckdüse mit 0.6mm verkürzt sich die Druckzeit bereits um 1/3 bei einer Schichthöhe von 0.4mm.

Ein Druckdüsenwechsel ist mit einem Mosquito-Hotend in wenigen Sekunden erledigt. Dennoch sollte sich jeder Anwender darüber im Klaren sein, dass sich der Druckdüsendurchmesser auf viele Parameter auswirkt und der 3D-Druck unter Umständen nicht gelingt. Nehmen wir an, dass für weniger stark beanspruchte Objekte eine 0.4mm Druckdüse mit einer Schichthöhe von 0.25mm verwendet wird. Die Wandstärke beträgt bei 2 Perimetern 0.8mm. Mit einer 0.8mm Druckdüse kann ebenfalls eine Schichthöhe von 0.25mm gewählt werden. Aufgrund des Durchmessers ergibt sich jedoch für 2 Perimeter eine Wandstärke von 1,6mm. Demnach würde für eine 0.8mm Düse auch 1 Perimeter völlig ausreichen, um eine Wandstärke von 0.8mm zu erhalten. 

Mit einer 0.8mm Druckdüse kann die Druckgeschwindigkeit im Vergleich zu einer 0.4mm Düse verdoppelt werden. Für Anwendungen, bei denen Toleranzabweichungen ein Problem darstellen, eignet sich eine größere Düse aber nur bedingt. Viele 3D-Modelle besitzen Durchgangsbohrungen. Nehmen wir an, dass die Wandstärke zwischen Außenkante und Durchgangsbohrung exakt 0,4mm beträgt. Dann kann die Zwischenwand mit einer 0.6mm Düse zwar immer noch gedruckt werden, die Durchgangsbohrung würde sich jedoch hinsichtlich des Durchmessers verkleinern, da die Konturen aufgrund des Druckdüsendurchmessers breiter sind als die Wand selbst. Zwar haben viele Hersteller dafür einen Slicer-Parameter für dünne Wände vorgesehen, dieser funktioniert jedoch nicht immer. In den meisten Fällen werden die Wände dann lückenhaft gedruckt. Für große 3D-Objekte, bei denen es nicht auf Toleranzabweichungen ankommt, ist der Einsatz von größeren Druckdüsen unproblematisch.

Untenstehendes Bild zeigt eine Aufbewahrungsbox, die mit eine Profil für 0.8-mm-Druckdüsen gesliced wurde. Die Wandstärke beträgt weniger als 0.6mm. Obwohl die Funktion „Dünne Wände erkennen“ aktiviert ist, kommt es bei den Schubladenhaltern zu Unterbrechungen, da die Wand hier einfach zu dünn ist, um mit 0.8mm gedruckt werden zu können.

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Der Prusa i3 MK2 gehört bis heute zu den erfolgreichsten DIY-3D-Druckern. Nach zahlreichen Neuerungen und Upgrades versucht das aktuelle Flaggschiff Prusa i3 MK3s an den Erfolg des Vorgängermodells anzuknüpfen. Dennoch erfreuen sich Modifikationen wie der Caribou 320 MK3s (ehemals Zaribo)großer Beliebtheit. Die modifizierten 3D-Drucker setzten auf mechanische Komponenten aus dem Hause MISUMI, sind deutlich Robuster als das Original und bieten unterschiedlich große Bauvolumen in z-Richtung an. Für die 3D-Drucker von Caribou3d wird aktuell ein Achsen-Upgrade angeboten, bei dem die 8mm-Komponenten von 10mm-Komponenten abgelöst werden. Dadurch wird eine wesentlich höhere Stabilität gewähleistet, was sich auch im Druckbild wiederspiegelt. Wir haben uns dazu das Modell Caribou3d 320 vorgenommen und stellen die einzelnen Verbesserungen näher vor.

Mechanische Komponenten von MISUMI

MISUMI bietet ein breites Portfolio an mechanischen Komponenten, die natürlich auch zu neuen Produktideen im Bereich des 3D-Drucks animieren. Eine Anlaufstelle für Privatanwender ist der Caribou3d Shop, der alle für die Prusa i3 MK3(S) Modifikationen benötigten Komponenten von MISUMI vertreibt. Caribou3d bietet für seine drei modifizierten Prusa i3 MK3s Mods in regelmäßigen Abständen neue Upgrades an. Das Unternehmen liefert dazu auch stets passende STL-Dateien zum selberdrucken sowie die entsprechende Firmware. Aktuelle wird ein Upgrade für die Achsen x, y und z von 8mm auf 10mm angeboten. Dafür werden wie bei allen anderen Projekten auch ausschließlich mechanische Komponenten von MISUMI verwendet.

Für das Upgrade werden zunächst 3x schwarz eloxierte Konstruktionsprofile 3030 für die x-Achse benötigt, die 5mm länger sind. Die Aluprofile von MISUMI sind im Vergleich zu Aluminiumzuschnitte von anderen Herstellern mit der entsprechenden Kennzeichnung bereits an den entsprechenden Punkten vorgebohrt. Darüber hinaus werden 2x Präzisionswellen (PSFU10-380) und 2x Gleitlager (LMU10 und LMUW10) benötigt. Für die Montage sind außerdem Zylinderkopfschrauben in der Ausführung M3 erforderlich. 

Für die y-Achse stehen zwei Optionen zur Verfügung. Entweder wird das Bed Carriage MK52 weiterhin genutzt und um 3x Gleitlager (LMU10) erweitert, oder aber man greift zur Caribou3d-Bed-Carriage Version, die für die Linearkugellager (LHBBF10) von MISUMI entwickelt wurde. Die Aluminium-Linearkugellager in breiter stabiler Blockform sind für Umgebungstemperaturen von etwa -20-110°C spezifiziert und eignen sich damit auch für die Verarbeitung von Hochleistungspolymeren, bei denen hohe Drucktemperaturen herrschen.

Für die z-Achse werden 2x Präzisionswellen (PSFU10–xxx) von MISUMI benötigt, wobei die Länge von der Caribou3d-3D-Druckerversion abhängig ist. Für das Modell Caribou 320 MK3s passen die PSFU10-422 und für das Caribou3d 420 Mk3s die PSFU10-522.

Ein Nachteil ist, das MISUMI nicht im Endkundenbereich tätig ist und somit keine Privatkunden beliefern kann. Eine gute und verlässliche Quelle für Privatkunden ist und bleibt der Caribou3d-Shop.

Einkaufliste

Einkaufsliste – Caribou 320 MK3s – 8mm auf 10mm Upgrade Kit

Umbauanleitung

Für den Umbau eignet sich die Caribou3d-Anleitung hervorragend. Zu beachten ist, dass die Linearlager alle vor dem Einbau vorbereitet werden müssen. Die Lager werden alle zunächst in einem Behälter mit IPA für etwa 15 Minuten eingetaucht. Anschließend werden die Präzisionslager aus dem Behälter herausgenommen und auf einem Papiertuch getrocknet. Caribou3d bietet für seine angebotene Schmierstofftube einen Injektor als STL-Datei an, der gedruckt werden kann. Damit lässt sich das Schmiermittel auf einfache Weise in die Gleitlager verteilen.

Im Rahmen des Upgrades von 8mm auf 10mm wurde auch das HotEnd von E3D gegen das Mosquito Magnum Hotend von Slice Engineering getauscht. Dies erfordert aber einige Modifikationen, denn für das 10mm-x-Carriage von Caribou3d passt lediglich der Original Bondtech Extruder. Theoretisch lässt sich das Bondtech Extruder-Gehäuse für den Mosquito Hotend auch drucken. Jedoch eignen sich dafür die frei verfügbaren Dateien von Bondtech nur bedingt. Erfreulicherweise gibt auch für den FDM-Druck optimierte Dateien, die nur noch verarbeitet werden müssen. Wir haben uns für folgende Variante entschieden, wobei der Sensordeckel etwas angepasst werden muss: MK3s Bondtech Mosquito

Zusätzlich zu den gedruckten Extruder-Komponenten wird ein Mosquito Standard Hotend oder alternativ die Magnum-Variante sowie einige Kleinteile von Bondtech (1x Shaft Assembly, 2x Ball Bearing 5x8x2.5, 1x Motor Gear, 1x 3x32mm Shaft, 1x Thumbscrew Assembly, 1x Pancake Motor mit mindestens 16N.cm 1.8° oder 0.9°) benötigt, die alle über den Caribou3d-Shop bezogen werden können. Wer bereits im Besitz eines Prusa i3 MK3s oder einem Caribou X20 ist, benötigt das 1.75/5.0 Bondtech Drivegear Kit nicht mehr. 

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Jeder 3D-Drucker-Besitzer wird irgendwann mit dem Problem der Über- oder Unterextrusion konfrontiert. Dafür gibt zunächst zwei wesentliche Stellschrauben und zwar den Extruder selbst und den Extrusions.Multiplikator in der Slicer-Software.Wird zu wenig Material gefördert, kommt es zur Lückenbildung und das gedruckte Objekt wird brüchig. Bei einer Überextrusion wird viel zu viel Material gefördert, was sich vor allem in  Abweichungen der Dimensionierung widerspiegelt. Dabei lässt sich der Extruder auf eine einfache Weise kalibrieren.

Extruder kalibrieren

Insbesondere bei Modifikationen am Hotend oder dem Extruder-Motor sollten die E-Steps neu kalibriert werden, um die gewünschte Menge an Material auch tatsächlich zu fördern. Standardmäßig ist in der Prusa i3 MK3S-Firmware der Wert auf E=280 gesetzt.

Grundsätzlich sind die Extruder-Steps nicht materialabhängig. Deshalb sollte die Kalibrierung optimalerweise ohne Druckdüse durchgeführt werden, um den Widerstand zu minimieren. Alternativ kann über ein Terminal die Extrudergeschwindigkeit, mit der das Material gefördert wird, angepasst werden. Diese Geschwindigkeit entspricht nicht der Geschwindigkeit, mit der sich die X,Y und Z-Achsen während dem Druckprozess bewegen.

1. Schritt

Druckdüse für PLA auf 215°C vorheizen und Zugriff mittels Terminal (z.B. OctoPi) ermöglichen, um mit dem 3D-Drucker kommunizieren zu können. Die Parameter für die Steps können prinzipiell auch über die Firmware aktualisiert werden. Wenn der EEPROM jedoch aktiviert ist, befindet sich darin auch dauerhaft der ursprüngliche Wert. Nach dem Flashen der Firmware wird demnach stets der im EEPROM gespeicherte Wert abgerufen. Entweder wird der EEPROM deaktiviert oder aber die Steps über ein Terminal eingetragen und gespeichert.

2. Schritt

Eine Abfrage der aktuellen Steps mit dem folgendem Befehl starten:

M503

Als Antwort erhält man unter anderem folgende Zeile mit den aktuellen Steps:

Recv: echo:Steps per unit:Recv:  echo: M92 X100.00 Y100.00 Z400.00 E280.00

2. Schritt

Die Geschwindigkeit, mit der das Filament vom Extruder gefördert werden soll, wird mittels folgendem Befehl in der EInheit mm/min festgelegt:

G1 F100

Der Wert 100mm/min entspricht ~1,67 mm/s. Eine höhere Geschwindigkeit könnte dazu führen, dass sich das Material in der Druckdüse staut und den tatsächlichen Wert verfälscht.

3. Schritt

Mithilfe eines Messschiebers wird ab dem Filamenteingang (Extrudereingangsseite) gemessen die Stelle am Filament markiert werden, die exakt 120mm (12cm) vom Extrudereingang entfernt ist.

4. Schritt

Nun werden im Terminal zwei Befehle ausgeführt, um zunächst den Extruderstand zu nullen und anschließend 100mm Material zu fördern:

G92 E0 G1 E100

5. Schritt

Wenn der Extruder korrekt kalibriert ist, sollten nun vom Extrudereingang bis zur markierten Stelle am Filament exakt 20mm (2cm) zu messen sein.

Sind es über 2cm, dann wurde nicht genug Material gefördert und die Steps sollten erhöht werden. Bei unter 2cm wurde anscheinend zu viel Material gefördert. Dann sollten die Extruder-Steps heruntergesetzt werden.

Der korrekte Wert wird über den Dreisatz ermittelt. Wir haben 120mm Filament markiert und 100 mm extrudiert. In unserem Beispiel erhalten wir als Rest 27.254mm statt 20mm. Demnach wurden 120-27,254mm=92,746mm extrudiert. Mit folgender Formel wird der E-Parameter ermittelt:

E-Step = 100/92,746 * 280.00 = 301,9

Den neuen Wert kann man mit folgenden Befehlen setzen und dauerhaft speichern:

M92 E301,9  M500

Der Extruder sollte regelmäßig und nach jedem Druckdüsenwechsel kalibriert werden.

6. Schritt

Nachdem der Extruder kalibriert wurde, sollte der tatsächliche Filamentdurchmesser mit einem Messschieber ermittelt werden und in der Slicer-Software eingetragen werden. Anschließend wird ein Viereck mit zwei Konturen, ohne Boden und ohne Decke gedruckt. Nun wird mit einem Messschieber der Wert jeder der vier Wände gemessen und ein Durchschnittswert gebildet. Der Wert geteilt durch die Anzahl an Konturen (in unserem Fall 2) sollte mit dem in der Slicer-Software eingegebenen Wert für die Extrusionsbreite (Kontur bzw. Wand) übereinstimmen. Ansonsten sollte die Flussrate für jedes Material angepasst werden.

7. Schritt

Im letzten Schritt gilt es den optimalen Abstand zwischen der Druckdüse und dem Druckbett zu bestimmen. Unser Tipp: Ein Schicht testweise ohne Filament drucken und während dem Druckprozess ein etwas dickeres Blatt (z.B. einem Werbeflyer) zwischen Druckdüse und Druckbett schieben und so lange am „Live adjust Z„-Parameter drehen, bis ein gewisser Widerstand beim Hin- und Herschieben wahrnehmbar ist. Außerdem sollte bedacht werden, dass der Abstand zwischen Druckdüse und Druckbett bei Hochleistungsmaterialien variieren kann. In unserem Test betrug unser „Live adjust Z„-Wertfür PLA -0.858 mit einer Borosilikat–Glasplatte. Beim Druck von PEEK (410°C/135°C) betrug der „Live adjust Z„-Wert -1.250. Durch die höhere Temperature hat sich der Abstand zwischen der Druckdüse und dem Druckbett vergrößert.

Extrusions-Multiplikator kalibrieren

Materialbedingt kann es bei Filament zu einer Überextrusion kommen. Dafür gibt es mehrere Gründe wie z.B. Abweichungen im Filamentdurchmesser. Das führt unter Umständen dazu, dass das gedruckte Objekt aus geometrischer Sicht von dem CAD-Model abweicht.

Üblicherweise wird für jede neue Filamentrolle je nach Material und Eigenschaften die optimale Drucktemperatur mittels eines TempTowers ermittelt und anschließend Parameter wie Druckgeschwindigkeit und Retraction an den Eigenschaften des Materials angepasst. Es gibt jedoch einen weiteren wichtigen Parameter, der angepasst werden sollte: Der Extrusions-Multiplikator bzw. die Flussrate.

Das Kalibrieren des Extruder Multiplikator setzt voraus, dass die E-Steps pro mm in der Firmware korrekt gesetzt sind. Wenn z.B. 100mm Filament gefördert werden, dann sollten auch exakt 100mm extrudiert werden.

Ein weiterer Faktor ist der Filamentdurchmesser, der vor dem Kalibrierungsvorgang überprüft werden sollte. Der Extruder-Mutiplikator ist standardmäßig auf 1 bzw. 100% gesetzt. Damit wird zunächst ein 40x40x40 mm Quadrat ohne Infill, Boden und Decke (=0) und mit einer Konturen (Spiralfasenmodus entspricht einer Kontur) gedruckt. Anschließend wird die Wandstärke aller vier Seiten gemessen und ein Durchschnittswert gebildet. Das Ergebnis wird dann mit dem Kontur-Parameter in der Slicer-Software (Druckeinstellungen/Erweiterte Einstellungen/Konturen) verglichen. In unserem Test betrug die gemessene Wandstärke 0.6mm und die Wandstärke in der Slicer-Software 0.45mm. Üblicherweise werden 15-20% auf den Nozzledurchmesser draufgerechnet. Aus diesem Grund beträgt die Wandstärke bei einer 0.4mm Nozzle normalerweise  0.48mm statt 0.45mm.

Um die Extrusionsrate noch genauer kalibrieren zu können, kann auch eine doppelte Wandstärke (Konturen: 2; Kontur-Extrusionsbreite: 0.45mm ) eingestellt werden. Dadurch fließt auch die Haftung zwischen den Wänden mit ein.

Mit folgender Formel lässt sich der Multiplikator ermitteln:

2xEingestellte Wandstärke/Gemessene Wandstärke = Multiplikator 2×0.45/0.98 = 0.918 (entspricht 92%).

Weitere Informationen dazu gibt es auf der Prusa3D-Webseite.

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Zu den erfolgreichsten DIY-3D-Druckern gehört der Prusa i3 MK2, der Open-Source ist und genau aus diesem Grund immer wieder kopiert wird. Aber auch das aktuelle Flaggschiff Prusa i3 MK3s erfreut sich durch zahlreiche Features wachsender Beliebtheit. Prusa Research betreibt zusätzlich eine eigene Produktionslinie für die Herstellung von Filament und bringt seine langejahre Erfahrung ein. Neben Standard-Filamentsorten wie PLA oder ABS bietet der Hersteller seit neustem auch ein PC-Blend-Filament an. Damit macht Prusa Research einen großen Schritt in Richtung Kunststoffe für industrielle Anwendungen. Neben der Überwachung von Strangdurchmesser, Farbkonsistenz und mechanische Eigenschaften, setzt man hier auf eine Herstellungsgenauigkeit von 0.02mm statt den üblichen 0.05mm Toleranzabweichung. Das Prusament-Filament kann mit den im Slicer voreingestellten Filamentprofilen direkt verarbeitet werden, ohne vorher Optimierungsarbeiten durchzuführen. Für die uns vorliegenden Materialien haben wir entsprechende Einsatzzwecke ausgewählt und passende Objekte gedruckt. 

Eines unserer Highlights ist das selbstgedrucktes PiKon Teleskop, für das wir unter anderem eine Rollei-Tripod-Halterung, Teleskopschellen sowie eine Handyhalterung für eine optimale Sternenhimmel-Navigation mit dem Prusament ASA gedruckt haben. Aber auch das PC Blend bietet viele Einsatzmöglichkeiten wie z.B. für Extruderbauteile.

Prusament ASA Prusa Galaxy

Überblick

Das Prusament ASA (Acryl-Styrol-Acrylnitrit) bietet eine sehr hohe Schlagzähigkeit, Robustheit, Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten und hohen Temperaturen. Obwohl ASA kaum von ABS-Material zu unterscheiden ist, weißt es eine UV-Strahlungs- und Witterungsbeständigkeit auf. Aufgrund seiner Vielseitigkeit ist der Anschaffungspreis von ASA gegenüber ABS etwas höher. ASA ist im Gegensatz zu ABS farblich etwas matter. ASA lässt sich sowohl lackieren als auch kleben. Es bieten sich Kleber auf Epoxidharz-, Polyester-, Isocyanat- oder Nitrilphenol-Basis an.

Druckbarkeit

Das ASA Galaxy Black von Prusament ist qualitativ hochwertig verarbeitet und auf einer sehr schönen Spule mit einem Honey-Comb-Style akkurat gewickelt. Das Material  kann ab einer Drucktemperatur von 250-270 °C sehr gut verarbeitet werden und liefert ein sauberes und gleichmäßiges Druckbild. Stringing und Blobs sind keine vorhanden.

Aufgrund seiner thermischen Eigenschaften neigt ASA zu Warping. Ein geschlossener Bauraum und eine beheizte Druckplatte werden deshalb ausdrücklich empfohlen. Ein Haftmittel in Form eines Klebestifftes oder Sprays minimiert ebenfalls das Risiko von Warping. Grundsätzlich sollte mit ausgeschalteten Bauteillüfter gedruckt werden, um Warping zu vermeiden. Zwar wird das Warping auch durch Parameter wie Füllmenge, Konturen und Umgebungstemperatur beeinflusst, durch den Bauteillüfter entstehen jedoch zu große Temperaturunterschiede zwischen Druckbett und Druckdüse. Das Material beinnt dann sich zu verziehen, was eine geringe Druckbetthaftung oder nicht auseinandergebrochene Schichten zur Folge hat. Wenn jedoch kleinere Objekte ohne Bauteilkühlung verarbeitet werden, sollten mehrere Modelle gleichzeitig gedruckt werden, um den einzelnen Schichten genug Zeit zum Abkühlen zu geben.

Drucktipps-Zusammenfassung für ABS

• Umgebungstemperatur konstant halten; Luftzug vermeiden
• Konturen und Füllung möglichst gering halten
• Einhausung verwenden
• Umrandung (Skirt) verwenden, die genauso hoch ist wie das Objekt selbst
• Rand (Brim) verwenden (mindestens 5mm)
• Druckbetttemperatur erhöhen (100 ± 10°C)
• Überhänge ohne Hinzuschalten des Bauteillüfters bei entsprechender Düsentemperatur möglich

Typische Anwendungen

Für den Außenbereich eignet sich ASA hervorragend und wird deshalb auch häufig für Objekte wie Gartenzubehör und mehr genutzt. Um die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten zu demonstrieren, haben wir mit dem ASA Galaxy Black verschiedene Objekte gedruckt, darunter auch einige Modifikationen für das DIY-Teleskop PiKon.

Das PiKon-Teleskop dient als Inspiration für Maker, die ihre Ideen in das Projekt einbringen und es mit neuen Modifikationen ausstatten. Das ursprüngliche Teleskop basiert auf einen Raspberry Pi 2 mit einer Raspi-Kamera. Der Tubus besteht aus einem einfachen Lüftungsschacht. Bis auf ein paar Kleinteile sind alle weiteren Komponenten mit dem 3D-Drucker erstellt worden. Das Teleskop haben wir im Rahmen einer anderen Berichtserstattung aufgebaut. Es bietet jedoch viele Modifikationsmöglichkeiten wie eine Halterung für ein Rollei -Tripod oder eine Smartphonehalterung, um Objekte am Sternenhimmel mittels einer App wie Stellarium einfacher aufzufinden.

Desweiteren wurde damit ein Griff für die manuelle Nachführung gedruckt. 

Das PiKon Teleskop basiert auf dem einfachen Design des Newton-Teleskops, das sich aufgrund der einfachen und effizienten Bauweise vor allem an Einsteiger richtet. Im Tubus ist ein konkaver 114mm-Spiegel verbaut, hinter dem statt einem Fangspiegel eine Raspberry Pi Kamera bzw. der Sensor sitzt. Mit einer 160-fachen Vergrößerung kann das PiKon an wolkenlosen Nächten Bilder von Objekten wie Mond, Saturn, Jupiter, Mars und sogar Galaxien und Sternenhaufen machen. Um die Kosten möglichst gering zu halten, verzichtet das DIY-Projekt bewusst auf ein Okular. Neben den selbstgedruckten Teilen werden außerdem ein konkaver Spiegel, ein Raspberry Pi, ein Kameramodul und einige Kleinteile benötigt. Alle dafür benötigten Teile können über den Pikon-Onlineshop bezogen werden.

Unser modifiziertes PiKon Teleskop setzt auf einen Raspberry Pi 4 und auf die neue Raspberry Pi HQ Kamera mit 12,3 Megapixel Sony IMX477 Sensor. Diese Kamera wird im Bereich der Astrofotografie immer beliebter. Während der Sensorbildbereich bei der Raspberry Pi Camera V2 3.68 x 2.76 mm (4.6 mm diagonal) beträgt, ist der Bildbereich bei der Raspberry Pi HQ Kamera mit 6.287mm x 4.712 mm (7.9mm diagonal) doppelt so groß. Dadurch halbiert sich zwar die Vergrößerung des PiKon Teleskops, erhält gleichzeitig aber auch eine wesentlich detailliertere Abbildung der Objekte.

Untenstehende Bilder und Videos zeigen den Mond, den Saturn, den Mars und den Jupiter während einer bewölkten Nacht.

Mit dem Material lassen sich aber auch Komponenten für 3D-Drucker herstellen wie Gehäuse für Steuerplatinen oder LCD-Display-Gehäuse.

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Das Portfolio von Fillamentum umfasst verschiedene Kunstofftypen in diversen Farben, die für jedes nur erdenkliche Projekte geeignet sind. Diesmal möchten wir unseren Lesern jedoch nicht nur einfache Objekte präsentieren, sondern zur Abwechlung auch mal etwas spannendes. Als Highlight werden wir ein 3D-gedrucktes Teleskop vorstellen, das wir mit dem ABS- und ASA von Fillamentum gedruckt haben. Das sogenannte PiKon-Teleskop kostet weniger als 100 EUR und basiert auf dem simplen Design des Newton-Teleskops.

Fillamentum ASA Extrafill

Überblick

ASA (Acryl-Styrol-Acrylnitrit) von Fillamentum punktet vor allem mit Vorteilen wie Schlagzähigkeit, Robustheit, Beständigkeit gegenüber Olen, Fetten und hohen Temperaturen. ASA ist auf den ersten Blick kaum von ABS-Material zu unterscheidet. Seine UV-Strahlungs- und Witterungsbeständigkeit machen es jedoch vielseitiger als ABS. Aus diesem Grund ist der Preis von ASA auch etwas höher angesetzt als bei ABS-Filament. Aber auchfarblich gesehen gibt es Unterschiede, denn ASA ist etwas matter als ABS. Ein weiterer Vorteil von ASA ist, dass der Kunststoff erst ab etwa 450°C selbstentzündlich ist. ASA lässt sich übrigens auch kleben. Es bieten sich Kleber auf Epoxidharz-, Polyester-, Isocyanat- oder Nitrilphenol-Basis an.

Druckbarkeit

Das ASA Extrafill von Fillamentum ist qualitativ hochwertig verarbeitet und auf einer transparenten Spule sauber gewickelt. Das Material lässt sich bei einer Drucktemperatur von 250-270 °C ausgezeichnet verarbeiten und liefert ein sauberes und gleichmäßiges Druckbild. Stringing und Blobs gibt es nicht.

ASA neigt aufgrund seiner thermischen Eigenschaften zu Warping. Deshalb werden ein geschlossener Bauraum und eine beheizte Druckplatte empfohlen. Ein Haftmittel in Form eines Klebestifftes oder Sprays minimiert ebenfalls das Risiko von Warping. Warping kann außerdem vermieden werden, indem der Bauteillüfter ausgeschaltet wird. Wenn jedoch kleinere Objekte ohne Bauteilkühlung verarbeitet werden, sollten mehrere Modelle gleichzeitig gedruckt werden, um den einzelnen Schichten genug Zeit zum Abkühlen zu geben.

Drucktipps-Zusammenfassung für ASA

• Umgebungstemperatur konstant halten; Luftzug vermeiden
• Konturen und Füllung möglichst gering halten
• Einhausung verwenden
• Umrandung (Skirt) verwenden, die genauso hoch ist wie das Objekt selbst
• Rand (Brim) verwenden (mindestens 5mm)
• Druckbetttemperatur erhöhen (100 ± 10°C)
• Überhänge ohne Hinzuschalten des Bauteillüfters bei entsprechender Düsentemperatur möglich

Typische Anwendungen

ASA eignet sich vor allem für den Außenbereich und wird deshalb auch häufig für Objekte wie Vogelhäuser, Gartenzubehör und mehr genutzt. Um die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten zu demonstrieren, haben wir mit dem ASA Extrafill verschiedene Objekte gedruckt.

PiKon – DIY Teleskop basierend auf Raspberry Pi 4

Aufgrund seiner Eigenschaften wird ASA-Filament aber auch für Hobby-Maker immer interessanter. Damit lassen sich sehr schöne DIY-Projekte wie beispielsweise der Bau eines Teleskops realisieren. Das PiKon-Teleskop soll Maker dazu animieren, ihre Ideen in das Projekt einzubringen. Das Teleskop selbst basiert auf einen Raspberry Pi 2 mit einer Raspi-Kamera und einem Lüftungsschacht, der als Tubus verwendet wird. Bis auf ein paar Kleinteile sind alle weiteren Komponenten sebstgedruckt. Das ASA Extrafill eignet sich für dieses Projekt ausgezeichnet und lieferte in unserem Test eine erstklassige Qualität.

Das PiKon Teleskop basiert auf einem simplen Design des Newton-Teleskops, das sich vor allem an Einsteiger richtet. Am Tubusende wird ein konkaver 114mm-Spiegel mit einer Brennweite von 500mm verbaut, der das Licht einfängt. Am Tubuseingang sitzt eine Raspberry Pi Kamera bzw. der Sensor, um das Abbild auf einem Bildschirm zu übertragen. Mit einer 160-fachen Vergrößerung kann das PiKon in wolkenlosen Nächten Bilder von Objekten wie Mond, Saturn, Jupiter, Mars und sogar Galaxien und Sternenhaufen machen. Das DIY-Projekt verzichtet hierbei bewusst auf ein Okular, um die Kosten so niedrig wie möglich zu halten. Neben den selbstgedruckten Teilen werden außerdem ein konkaver Spiegel, ein Raspberry Pi, ein Kameramodul und einige Kleinteile benötigt. Alle dafür benötigten Komponenten können über den Pikon-Onlineshop bestellt werden.

Unser PiKon Teleskop wurde mit dem Raspberry Pi 4 ausgestattet. Darüber hinaus haben wir uns für die neue Raspberry Pi HQ Kamera mit 12,3 Megapixel Sony IMX477 Sensor entschieden. Während der Sensorbildbereich bei der Raspberry Pi Kamera V2 satte 3.68 x 2.76 mm (4.6 mm diagonal) beträgt, ist der Bildbereich bei der Raspberry Pi HQ Kamera mit 6.287mm x 4.712 mm (7.9mm diagonal) doppelt so groß. Dadurch halbiert sich zwar die Vergrößerung des PiKon Teleskops, liefert gleichzeitig aber auch eine wesentlich detailliertere Abbildung der Objekte. Der Raspberry Pi 4 wird mit dem Raspberry Pi OS betrieben und mittels Teamviewer von einem anderen Rechner aus gesteuert.Wer auf eine kabelgebundene Stromversorgung verzichten möchte, um beispielsweise mobil zu bleiben, kann den Raspberry Pi 4 auch mit einer Powerbank (Ausgangsspannung: 5V und mindestens 2A) betreiben.

Auf der Suche nach neuen Objekten am Sternenhimmel wird das aktuelle Kamerabild zunächst im internen Netz gestreamt. Mittels Smartphone kann somit nach neuen Objekten Ausschau gehalten werden. Wurde ein Objekt aufgefunden und fokusiert, kann der Stream mittels Teamviewer oder auch SSH beendet werden, ein Bild oder ein Video mit folgenden Befehlen aufzuzeichnen:

raspistill -o testautoss1000.jpg -t 300 -hf -q 100 -ss 1000000 -ISO 800

oder

raspivid -o vidmeinPlanet.h264 -t 50000 -hf

Mit der Option -hf wird das Bild horizontal gespiegelt. Mit dem Argument -t wird die Dauer in Millisekunden angegeben, wobei diese bei einem Bild der Preview-Time entspricht und bei einem Video der Dauer. Die Bilder und Videos werden in unterschiedlichen Standard-Auflösungen aufgezeichnet. Mit -ss (Shutter Speed) wird die Belichtungszeit angegeben, wobei die Kamera nach einem Firmware-Update Zeiten von bis zu 200000000 Mikrosekunden (=200s) unterstützt. In unserem Beispiel beträgt die Belichtungszeit 20000ms, was 1/50 entspricht. Bei Astrofotografie mit einem Teleskop ohne Nachführung sollte die Belichtungszeit niemals mehr als ~500/Brennweite betragen. Bei einer Brennweite von 500mm entspricht das einer Belichtungszeit von maximal 1s (1000ms). Die Belichtsungszeit kann übrigens auch für Videos verwendet werden. Zu kurze Belichtungszeiten können jedoch zu dunklen Planetenbildern führen. Hier empfiehlt es sich eventuell auch mit dem ISO-Wert zu experimentieren und eine gute Kombination aus beiden zu finden. Der ISO-Wert ist ebenfalls optional und muss nicht angegeben werden.

Vor der ersten Beobachtung sollte ein Objekt wie beispielsweise eine Straßenlaterne anvisiert werden, um den groben Fokus einzustellen (Abstand von Kamera zu Hauptspiegel). Ansonsten werden die Objekte wie Saturn oder Jupiter auf dem Bildschirm nicht sichtbar sein. Der Kamerabstand ist nämlich keine Vergrößerung oder Verkleinerung, sondern der Fokus.

Übrigens verfügt die Rapsberry Pi HQ Kamera über eine Funktion, die auf dem Sensor als „Defekt“ detektierte Pixel entfernt. Das Feature nennt sich „on-sensor defective pixel correction (DPC)“ und könnte dazu führen, dass bei Aufnahmen sehr kleine Sterne als defekte Pixel erkannt werden und somit garnicht erst sichtbar sind. Die Funktion lässt sich mit folgendem Befehl deaktivieren:

sudo vcdbg set imx477_dpc <value>

where <value> can be one of:
0 – All DPC disabled.
1 – Enable mapped on-sensor DPC.
2 – Enable dynamic on-sensor DPC.
3 – Enable mapped and dynamic on-sensor DPC.

Untenstehende Bilder und Videos zeigen den Mond, den Saturn, den Mars und den Jupiter während einer bewölkten Nacht. Auch Sterne konnten wir aufzeichnen, können aber aufgrund mangelnder Einarbeitung noch nicht viel dazu sagen. Während der Aufnahmen befand sich das Teleskop im Inneren eines Gebäudes hinter einer Fensterscheibe, was an sich absolut nicht zu empfehlen ist. Momentan sind gute Aufnahmen von Jupiter und Saturn aufgrund des tiefen Stands am Himmel schwierig und durch eine Glasscheibe hindurch macht das Bild nicht besser. Hinzu kommt, dass z.B. durch ein geöffnetes Fenster aufgrund von Temperaturunterschieden oder Zugluft die Qualität stark leidet. Auch empfehlen wir, die Planeten nicht zu fotografieren, sondern zu filmen und dann mittels einer Software die schärfsten Einzelbilder zusammenzuführen. Das Stichwort lautet hier Lucky-Imaging. Oder aber man bedient sich der Python-Programmiersprache und schreibt sich ein einfaches Skript, dass alle paar Sekunden mit einer bestimmten Belichtungszeit Bilder vom Sternenhimmel macht, die dann mittels spezieller Software zusammengeführt werden. 

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Übrigens ist das Fokusrad sehr empfindlich. Bei einer Brennweite von 500mm ist der schärfste Fokus garnicht so einfach zu finden. Eventuell macht es an dieser Stelle Sinn, das Einstellrad mit einem größeren Druchmesser zu drucken, um feiner Einstellungen durchführen zu können.

Das PiKon-Projekt verfolgt das Ziel, die Anwender zu Modifikationen und Upgrades zu animieren. Eine sinnvolle Erweiterung wäre ein Griff, um das Teleskop auf Objekte ausrichten zu können. Auch eine Montierung für Kamera-Stative wäre interessant. Der Hauptspiegel ist jedoch das Kernstück eines Reflektors und wird in unterschiedlichen Qualitätsstufen angeboten und das spiegelt sich im Preis wieder. Es gibt sowohl spährische Spiegel (Kugelspiegel) als auch Parabolspiegel. Sphärische Spiegel gehören zu den Billigfarbikaten und werden gerne auf Shops aus Fernaus angeboten. Einerseits sind die Spiegel günstig, andererseits wird das Licht dann aber nicht sauber in einem Brennpunkt zentriert. Als Ergebnis erhält man eine mangelende Qualität, bei der man unscharfe Abbildungen von Sterne, Mond und Planeten erhält. Parabolspiegel sind wesentlich teurer als sphärische Spiegel, vereinen aber die gesammelten Lichtstrahlen in einem Punkt. Das Resultat sind scharfe und kontrastreiche Abbildungen. Dennoch haben auch Kugelspiegel ihre Daseinsberechtigung. Sie werden vor allem bei Newton-Teleskope mit einer Öffnung von 114mm verwendet, sollten jedoch langbrennweitig sein. Eine Brennweite von 900mm sollte deshalb gegeben sein. Für lichtstarke Newtons wie dem PiKon sind Kugelspiegel jedoch nicht zu empfehlen, auch bei einer Öffnung von 114mm nicht. Während ein Newton mit einer Öffnung von 114mm und einer Brennweite von 500mm (Öffnungsverhältnis f/4,2 = lichtstarkes Teleskop, weniger Belichtungszeit erforderlich) bereits deutlich Fehler zeigt, erhält man mit 114mm Öffnung und 900mm Brennweite bereits schärfere Abbildungen, da das Öffnungsverhältnis dann f/7,8 beträgt und das Teleskop somit einfach schärfer abbildet. Der Nachteil ist, dass dadurch lichtschwache Objekte bei einer reinen Beobachtung nicht mehr aufgefunden werden können. 

Wer den Hauptspiegel beim PiKon ersetzen möchte, muss den Tubus um 100mm pro 100mm Brennweite verlängern. Denn durch Verwendung der Kamera statt eines Fangspiegels gestaltet sich die Rechnung sehr simpel. Der Brennpunkt liegt in der Kamera. Die Tubuslänge entspricht bei dieser Bauart üblicherweise der Öffnung des Hauptspiegels. Hinzu kommen jedoch die Maße von SPider und Spiegelhalter. Deshalb ist der Tubus auch 600mm statt 500mm lang. Wenn der aktuelle Hauptspiegel mit 500mm Brennweite gegen einen mit 900mm ersetzt wird, muss der Tubus um 400mm verlängert werden. Die ursprüngliche Tubuslänge von 600mm beträgt dann 1000mm. Aber was bringt mehr Brennweite? Als Beispiel betrachten wir einen punktförmigen Stern, der in alle Richtungen Lichtstrahlen schickt und von der Teleskop-Öffnung eingefangen werden. Die Lichtstrahlen treffen dabei parallel in den Tubus und werden von der Linse bzw. dem Hauptspiegel gebündelt, damit sie sich alle in einem Punkt der Brennebene treffen. Bevor die Strahlen gebündelt werden, ist das Bild unscharf. In der Brennebene haben wir jedoch ein scharfes Abbild des Sterns. Je größer nun der Abstand zwischen Brennebene und Linse wird, desto höher ist die Vergrößerung des primären Bildes. Mehr Brennweite bringt demnach auch eine höhere Vergrößerung. Gleichzeitig wird das Bild aber auch dunkler, weil sich das zur Verfügung stehende Licht auf eine größere Fläche verteilt. Um dennoch viel Licht sammeln zu können, muss länger belichtet werden. Um Verwacklungen entgegenzuwirken, müsste man hier jedoch das Teleskop nachführen. Eine große Öffnung und eine kurze Brennweite bringen wenig Details mit. Mit einer geringen Öffnung und einer langen Brennweite sind wiederum nur die hellen Objekte zu sehen. Planeten, Sonne und Mond haben üblicherweise genug Licht, um diese auch mit einem kleinen Öffnungsverhältnis von 1/6 bis 1/10 zu bestaunen. Das PiKon geht mit einem Öffnungsverhältnis von 1/4 (114mm/500mm) eher in Richtung lichtschwache Objekte. Das bedeutet im Klartext eine geringere Vergrößerung, gleichzeitig aber auch ein größerer Himmelsabschnitt.

Auch können Hauptspiegel mit größerem Durchmesser verwendet werden. Mehr Öffnung bedeutet dann auch eine größere lichtsammelnde Fläche. Schwächere Objekte wie Nebel oder Galaxien sind dadurch besser zu erkenne. Zudem steigt die Auflösung, wodurch mehr Details sichtbar werden. Grundsätzlich erfordert das Aufsuchen von Objekten etwas Übung. Das Teleskop einfach hin- und herzubewegen wird nicht funktionieren, da es zwar unendlich viele Sterne, Nebel und Galaxien gibt, aber die meisten davon weit von der Erde entfernt sind und deren Licht sehr schwach ist. Erst mit größerere Öffnung oder langen Belichtungszeiten wären diese sichtbar.

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Unten stehende Befestigungen werden dazu verwendet, einen Balkonsichtschutz am unteren Teil des Balkons mittels Kabelkindern anzubringen. Durch die UV-Beständigkeit wird das Material bei direkter Sonneneinstrahlung nicht porös und behält darüber hinaus auch nach Monaten noch seine Farbe.

ASA lässt für kreative Ideen keine Wünsche offen. Ein weiteres Beispiel ist eine Schirmhalterung für ein Babybett in einem Garten.

Es kann aber auch als Schütz für eine Telefon- oder Stromsteckdose dienen, wie folgendes Beispiel zeigt.

Weitere Informationen zum Fillamentum-ASA-Filament erhalten Sie auf der Fillamentum-Webseite.

Der Beitrag Fillamentum – ABS Extrafill, ASA und CPE HG100 im Test erschien zuerst auf PCPointer.de.