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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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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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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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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