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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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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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.

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.

Gewinnspiel in Zusammenarbeit mit:

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