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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.

Der Beitrag Prusament PLA, ASA und PC-Blend im Test erschien zuerst auf PCPointer.de.

Der Beitrag Mega 3D-Drucker-Gehäuse mit Filtersystem im Eigenbau erschien zuerst auf PCPointer.de.

Der Beitrag PC-PBT, TPS und ABS von Herz im Test erschien zuerst auf PCPointer.de.

Die Anwendungsmöglichkeiten von 3D-Druck könnten unterschiedlicher nicht sein. Von kleinen Alltagsgegeständen bis hin zu technisch anspruchsvollen Anwendungen ist alles möglich. Mit dem Polymerblend PC+PBT und dem TPS hat die Herz GmbH zwei Filamente im Programm, mit denen sich völlig neue Einsatzmöglichkeiten ergeben. Während sich das PC+PBT insbesondere für schlagfeste Bauteile und Gehäuse eignet, können mit dem TPS Dichtungsringe für Maschinen oder Griffgummis verarbeitet werden. Aber auch das Standard-Filament ABS hat einiges zu bieten und deckt ein breites Anwendungsspektrum ab.

PC+PBT Filament

Überblick

Polycarbonat als Blend (PC+PBT) wird auch als Polymerblend bezeichnet. Es vereint die Vorzüge des amorphen Polycarbonat (PC) und des teilkristallinen Polybuthylenterephthalat (PBT). Das Filament aus dem Hause Herz GmbH besitzt eine sehr hohe Schlagfestigkeit und zwar sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen. Beachtlich ist aber auch die Chemikalienbeständigkeit gegenüber Lösemittel, Schmierstoffen und Reinigungsmitteln. Zudem lässt es sich ausgezeichnet lackieren und nimmt dabei nur geringe Mengen an Feuchtigkeit auf. Ein weiterer Vorteil des Polycarbonat als Blend ist, dass es weniger anfällig gegenüber Spannungsrissen ist, was bei PC-Filament oftmals nicht einfach zu handhaben ist. Je nach Materialzusammensetzung bietet es außerdem eine ausgezeichnete Steifigkeit mit einem hohen Zugmodul.

Verpackung

Das PC+PBT-Filament wird in einer sehr schlichten Verpackung aus Karton ausgeliefert. Die Filamentrolle selbst befindet sich in einer dünnen nicht widerverschließbaren Folie ohne Silica-Gel. Das ist aber auch nicht weiter tragisch, solange keine Feuchtigkeit durch die Verpackung in das Material gelangt. Die Spule ist akkurat gewickelt und das Material weist sehr geringe Durchmesserabweichungen auf.

Vorbereitung

Polycarbonat ist hygroskopisch und nimmt daher relativ viel Feuchtigkeit aus der Luft auf. Eine Lagerung des Materials an einem kühlen und trockenen Ort ist daher unerlässlich. Als Blend ist es jedoch weniger anfällig gegenüber Feuchtigkeit und darüber hinaus auch noch einfacher zu verarbeiten. Durch den Polycarbonat-Anteil neigt das Filament zu Warping, weshalb Druckgeschwindigkeiten größer 60mm/s nicht zu empfehlen sind. Darüber hinaus sollte eine flexible Druckbettauflage wie die von BuildTak verwendet werden oder bei einer PEI-Beschichtung zusätzlich ein Klebestift. Bei Verwendung eines 3D-Drucker-Gehäuses sollte das fertig gedruckte Objekt für mindestens 1 Stunde nicht aus der Einhausung entfernt werden, um dem Material genügend Zeit zum Abkühlen zu geben. Das PC-PBT kann aber auch durch einen Nachbearbeitungsprozess in einem Ofen tempern. Durch diesen Vorgang können die mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Gleichzeitig werden durch den Prozess Spannungsrisse im Bauteil vermieden. Mit einer konstanten Ofentemperatur von 90-100°C werden die besten Ergebnisse erzielt.

Druckbarkeit

Das PC+PBT lässt sich mit den entsprechenden Druckparametern im Grunde sehr einfach verarbeiten. Die erste Schicht ist dabei essentiell für ein sehr gutes Druckergebnis. Deshalb sollte die Druckdüse so nah wie möglich am Druckbett gefahren werden und eine Druckgeschwindigkeit unter 40mm/s gewählt werden. Mit einem ausgeschalteten Lüfter werden außerdem Warping und Spannungsrisse infolge zu hoher Temperaturunterschiede zwischen Druckdüse, Druckbett und dem Material vermieden. Unter bestimmten Umständen kann der Lüfter aber auch mit einer Geschwindigkeit von 7-9% ab der 3 Schicht hinzugeschaltet werden, um beispielsweise Überhänge besser drucken zu können. Mit Polycarbonat gedruckte Support-Strukturen sollten vermieden werden, da sich diese insbesondere nach dem Abkühlvorgang nur sehr schwer lösen lassen. Der Abstand zwischen Objekt und Supportmaterial kann jedoch auf 0.2-0.3mm angehoben werden, um das Material anschließend leichter entfernen zu können.

Die optimale Druckbetttemperatur für PC-Filament liegt je nach Größe des 3D-Objekts bei 110 ± 10°C. Die Druckdüsentemperatur beträgt üblicherweise 250 ± 10°C, wobei diese auf bis zu 280°C angehoben werden kann, abhängig von den Druckereigenschaften und den Umgebungsgegebenheiten. Da es sich hierbei um kein abrasives Material handelt, kann es mit einer Standard-Messing-Druckdüse verarbeitet werden. Die besten Ergebnisse konnten wir in einer Einhausung mit einer Drucktemperatur von 250°C/115°C und ausgeschaltetem Bauteillüfter erzielen. Der Druck erfolgte zunächst auf einem PEI Sheet mit Dimafix als Haftmittel und anschließend auf einer Borosilikat-Glasplatte mit dem VisionMiner Nano Polymer Adhesive. Die Haftung auf dem PEI-Material ist zwar ausgezeichnet, infolge des Warpings kann es sich aber auch von der Flexplatte lösen. Auch auf Pulverbeschichteten Flexplatten kann PC-Filament verarbeitet werden. Zusätzliches Haftmittel sollte in diesem Fall aber nur für PC-Filament verwendet werden. Für alle anderen Materialien auf Pulverbeschichteten Flexplatten gilt: Kein zusätzliches Haftmittel verwenden.

Um das PC-Filament erfolgreich drucken zu können, sollte für kleine Objekte zusätzlich ein Rand (Brim) von 5-15mm verwendet werden. Für größere Objekte wird eine Umrandung (Skirt) empfohlen, um es vor möglichen Luftzirkulationen zu schützen. Grundsätzlich ist PC-Filament jedoch nicht für größere Objekte geeignet, die sich über das gesamte Heizbett erstrecken. Das ist natürlich auch von der Form des Objekts abhängig. Kreisförmige Objekte sind einfacher zu drucken als Objekte mit scharfen Kanten und Winkeln. Für Objekte wie Gehäuseformen mit Ecken können sogenannte Mäuseohren verwendet werden, die es unter anderem auf Thingiverse.com gibt. Das Warping wird aber auch von der Füllung (Infill) und den Konturen (Perimeters) beeinflusst. Weniger ist manchmal mehr und muss sich keinesfalls auf die Stabilität des Objekts auswirken.

Drucktipps-Zusammenfassung für PC-PBT

• Objekt möglichst mittig auf der Druckbett verarbeiten
• scharfe Ecken und Kanten vermeiden; Ansonsten Mäuseohren verwenden
• Umgebungstemperatur konstant halten; Luftzug vermeiden
• Konturen und Füllung möglichst gering halen
• Einhausung verwenden
• Umrandung (Skirt) verwenden, die genauso hoch ist wie das Objekt selbst
• Rand (Brim) verwenden (mindestens 5mm)
• große Objekte vermeiden
• Druckbetttemperatur erhöhen (110 ± 10°C)
• Überhänge ohne Hinzuschalten des Bauteillüfters bei entsprechender Düsentemperatur möglich

Typische Anwendungen

Das Material eignet sich aufgrund seiner Eigenschaften hervorragend, um beispielsweise Komponenten im Bereich der Automobilindustrie zu drucken wie Stecker und Gehäuse, die unter anderem auch mit Chemikalien in Berührung kommen können. Aber auch Türgriffe sind aufgrund der hohen Zähigkeit und guten Lackierbarkeit möglich. Das Material eignet sich außerdem für 3D-Druckerbauteile, die hohen Temperaturen und/oder hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind wie Lüfterhaube, Netzteilgehäuse, Linearlager, Scharniere und vieles mehr.

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3DXTech CarbonX PC Filament

Teilnahmebedingungen

Hinweis: Der Gewinner wird von uns per E-Mail kontaktiert. Aus datenschutzrechtlichen Gründen wird der Name des Gewinners nur mit seiner Zustimmung veröffentlicht.

Teilnahmeschluss ist der 05. November 2019. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Mitarbeiter von PCPointer.de dürfen am Gewinnspiel nicht teilnehmen. Ihre persönlichen Daten werden nicht an dritte weitergegeben und nach dem Gewinnspiel gelöscht.

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Bei dem Original Prusa i3 MK3S handelt es sich um einen vollwertigen 3D-Drucker, der mit zahlreichen Innovationen überzeugt. In unserem Artikel Prusa i3 MK3S Mod: 3D-Drucker selber bauen wurde das Modell von Grund auf als modifizierte Version zusammengebaut. Mit dem Standard E3D V6 Vollmetall-Hotend lassen sich Materialien wie Polycarbonat oder Nylon für technische Anwendungen gerade so noch verarbeiten. Dennoch gibt es gute Gründe, das E3D V6 Hotend durch ein Mosquito Hotend von Slice Engineering aus den USA zu ersetzen. Dabei handelt es sich um ein Hotend, das von Grund auf neu konzipiert und umgesetzt worden ist. Das Mosquito Hotend bietet unter anderem einen Druckkopf mit minimalen Aussenmaßen, ein geringes Gewicht und hohe Drucktemperaturen für den professionellen Einsatz. Das Mosquito Hotend gibt es derzeit in den Ausführungen Standard und Magnum und lässt sich mit selbstgedruckten Kunststoffadaptern, die es mittlerweile für diverse 3D-Drucker gibt, einfach montieren. Mit einem Mosquito Upgrade für den Prusa i3 MK3S und anderen 3D-Drucker-Modellen erzielen Anwender nicht nur bessere Druckergebnisse, sondern sind damit auch gut gerüstet, um Hochtemperaturkunststoffe wie das PEEK von W2 Filaments zu drucken. Für die Verarbeitung von Hochtemperaturmaterialien sollten insbesondere die Extruder- und Heizbettbauteile aus Polycarbonat bestehen. Materialien wie PETG oder ABS würden aufgrund der geringen Glasübergangstemperatur derart hohe Drucktemperaturen nicht standhalten und schmelzen. Hierfür empfehlen wir entweder das Polymaker PolyMax PC Filament oder aber das 3DXTech CarbonX Carbon-PC Filament, das mit einer Glasübergangstemperatur von Tg=143°C besticht.

Lieferumfang (Mosquito Hotend)

Slice Engineering liefert den Mosquito Hotend Standard/Magnum in einer einfache Kunststoffbox aus. Darin befindet sich das Hotend, ein Montage-Kit bestehend aus Imbusschlüsseln, Schrauben, Unterlegscheiben und einem Kabelbinder sowie zwei leckeren Lutschern mit Orange-Geschmack aus den USA. Zusätzlich gibt es optional einen Hotend-Lüfter in der Ausführung 12V und 24V. Die Heizpatrone mit 24V und 50W Leistung, der einzigartige Thermistor für Temperaturen bis zu 450°C, die Vanadium-Druckdüse sowie die Bornitrid-Wärmeleitpaste sind nicht im Lieferumfang enthalten und können optional erworben werden.

Kompatibilität

Das Mosquito Hotend ist prinzipiell mit den Komponenten von E3D kompatibel. Lediglich das Thermistorloch des Mosquito Hotends ist etwas länger als das des E3D Hotends und erfordert einen Adapter, der dem Slice Engineering Thermistor beiliegt. Demnach können Komponenten wie Thermistor und Heater beider Hersteller miteinander kombiniert werden. Die einfachste und kostengünstigste Lösung für ein Hochtemperatur-Upgrade des Hotends besteht zunächst darin, den E3D V6 Heatblock gegen einen E3D v6 Plated Copper Heater Block zu ersetzen und beim Thermistor und Heater auf die Komponenten von Slice Engineering zurückzugreifen. Für ein zukunftssicheres und vernünftiges Upgrade empfehlen wir jedoch ein vollständiges Mosquito Hotend Upgrade.

Mosquito Hotend

Das amerikanische Unternehmen Slice Engineering bietet mit dem Mosquito ein Hotend an, dass nicht nur komplett neu konzipiert und umgesetzt worden ist, sondern auch viele Vorteile mit sich bringt. Das Hotend gibt es derzeit in der Variante Standard für hochpräzise und feine 3D-Drucke und in einer Magnum-Edition, die für einen erhöhten Materialdurchsatz genutzt werden kann. Mit dem Druckkopf können Drucktemperaturen von bis zu 450°C erreicht werden. Damit lassen sich nicht nur Einsteigermaterialien wie PLA, PETG, ABS, ASA und HIPS drucken, sondern auch industrielle Kunststoffe wie Ultem und PEEK. Darüber hinaus ist das Hotend im Vergleich zur Konkurrenz sehr wartungsfreundlich. Die Druckdüse lässt sich mit nur einem Handgriff entfernen. Ein weiterer Vorteil ist die geringere Hitze am Ende des Druckkopfes, wodurch das Hotend kompatibel mit selbstgedruckten Komponenten ist. Mittlerweile gibt es die zu druckenden Adapter für die Montage des Hotends für diverse 3D-Drucker-Modelle wie den Prusa i3 MK3(S), den Ultimaker und viele mehr.

Der Heizblock besticht durch eine spezielle Kupferlegierung und einer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit und hält damit Temperaturen bis 550° C stand. Eine Nickelschicht verhindert dabei, dass es zu großen Temperaturverlusten kommt. Zudem verhindert diese Schicht das Festsetzen der Druckdüse am Gewinde.

Mosquito Thermistor

Der Mosquito Thermistor von Slice Engineering kann Temperaturen von bis zu 450°C messen und ist damit der leistungsfähigste Thermistor auf dem Markt. Standard-Thermistoren schaffen gerade einmal Temperaturen von bis zu 300°C. Die nächste Stufe wäre ein Upgrade auf PT100, wobei hierfür je nach Mainboard auch ein PT100-Verstärker erforderlich ist. Damit können Temperaturen von bis zu 500°C gemessen werden. Der Aufwand für ein Aufrüsten auf PT100 ist wesentlich höher als die Nutzung des Slice Engineering Thermistors.

In der aktuellen Marlin-Version wird der Mosquito Thermistor noch nicht nativ unterstützt. Deshalb ist das Importieren der ADC-Tabelle von Slice Engineering notwendig. Alternativ bietet sich an, den bereits implementierten Semitec 104 auszuwählen, der in der Prusa i3 MK3S Firmware bereits vordefiniert ist.

Der Thermistor ist ab sofort auf Freeform4U erhältlich.

Mosquito Hotend 24V 50W

Die handelsüblichen 3D-Drucker setzen auf Heizpatronen mit einer Leistung von 30-40 Watt und können damit Kunststoffe wie PLA, PETG, ABS, ASA und TPU problemslos verarbeiten. Die 50W Heizpatrone von Slice Engineering ist für eine Heizleistung von bis zu 450°C ausgelegt und ermöglicht das Verarbeiten von völlig neuen Materialien, die üblicherweise im industriellen Umfeld Verwendung finden. Mit der neuen Hochleistungsheizpatrone von Slice Engineering können in Kombination mit dem passenden Mosquito Hotend Hochleistungskunststoffe wie Nylon (Polyamid 6), Ultem PEI und PEEK verarbeitet werden. Diese Kunststoffe finden unter anderem in der Automobilindustrie und in der Luft- und Raumfahrttechnik Verwendung. Vorausgesetzt, die Firmware wird angepasst, indem der Parameter für die Temperaturbegrenzung erhöht wird. Das Hotend sollte für die gesetzte Temperatur ausgelegt sein. Das E3D V6 Hotend mit seinem Aluminium-Heizblock wird über kurz oder lang keine 350-400°C standhalten.

Die Slice Engineering Heizpatrone wird mit einem 1m langen Kabel geliefert und kann via original Molex Micro-Fit 3.0-Steckverbinder am 3D-Drucker angeschlossen werden. Die Heizpatrone ist aber auch mit anderen Hotend-Systemen wie das von E3D kompatibel. Zu beachten ist, dass die Heipatrone in den Ausführungen 12V und 24V angeboten wird.

Die Slice Engineering Heizpatrone 24V 50W ist ab sofort auf Freeform4U erhältlich.

E3D V6 vs. Mosquito

Das Mosquito Hotend in der Standardausführung übertrifft das E3D V6 Hotend bei Weitem. Der Heatsink und der Heater-Block des E3D V6 bestehen aus Aluminium. Das Material beginnt demnach bei etwa 300-350°C langsam zu erweichen. Zudem ist der Heatsink von den Dimensionen her wesentlich größer als der des Mosquito Hotends und nimmt daher auch wesentlich mehr Platz im Extruder ein. Das Heatbreak des E3D V6 besteht aus S/S 303 und hält wesentlich höheren Temperaturen stand als die Aluminiumbauteile. Das Mosquito Hotend setzt dagegen auf hochwertige Materialien für Temperaturen jenseits von 300°C.

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