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.

Der Beitrag 3D-Druck – Druckdüsendurchmesser im Vergleich erschien zuerst auf PCPointer.de.

Zu den erfolgreichsten DIY-3D-Druckern gehört der Prusa i3 MK2, der Open-Source ist und genau aus diesem Grund immer wieder kopiert wird. Mit dem neuen Flaggschiff Prusa i3 MK3s bringt das Unternehmen zwar kein echtes Highlight auf dem Markt, kann aber durch zahlreiche neue Features überzeugen. Jedoch bleibt auch dieses Modell nicht von Wartungs- und Umbaumaßnahme verschont. Viele Nutzer entscheiden sich deshalb für neue Modifikationen oder Umbauten. Wer etwas mehr Zeit investiert, der kann sich sogar einen eigenen 3D-Drucker für wenige hundert Euro bauen. Dazu gibt es bereits sehr viele ausführliche Anleitungen im Netz. Diese behandeln üblicherweise zwei Themen: „Günstiger 3D-Drucker Eigenbau“ oder „3D-Drucker-Upgrades“. Bevor man sich jedoch einen eigenen 3D-Drucker aus China zulegt, kann man sich genauso gut einen DIY-3D-Drucker mit hochwertigen Komponenten komplett selbst konstruieren und somit auch die Qualität der einzelnen Komponenten bestimmen. Der Kauf eines Prusa i3 MK2(S)/MK3(S) würde genauso wenig Sinn machen, wenn man das Ziel einer Modifikation verfolgt. Unser Ziel ist der Bau einer Prusa i3 MK3(S) Modifikation ohne den Original 3D-Drucker von Prusa3D.

Vom Anycubic I3 Mega zum eigenen 3D-Drucker

Die Geschichte des 3D-Drucker-Eigenbaus begann mit der Anschaffung eines Anycubic I3 Mega aus Fernost, an dem mittlerweile nur noch sehr wenig Originalteile verbaut sind. Zunächst wurden alle Leitungen durch neue hitzebeständige Silikonlitzen getauscht und vollständig gecrimpt. Um die Brandgefahr weiter zu minimieren, wurde außerdem ein Meanwell Netzteil verbaut und die Elektronik um eine MOSFET-Platine erweitert. Neuere Mainboards von Herstellern wie Ultimachine haben diese MOSFETs bereits integriert. 

Um die durch den Heatbreak-Lüfter verursachte Geräuschentwicklung zu reduzieren, wurde ein qualitativ hochwertiger Noctua NF-A4x10 FLX 40mm Lüfter nachgerüstet. Das Modell erfreut sich auch im 3D-Druck-Bereich wachsender Beliebtheit. Die Lieferung erfolgt mit reichlich Zubehör in gewohnt guter Noctua-Qualität. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lüftern hat der NF-A4x10 FLX 40mm eine unglaubliche Laufruhe bei gleichzeitig hohem Luftdurchsatz. Der Hersteller hat auch auf die steigende Nachfrage für 5V-Lüfter reagiert und bietet unter anderem seinen Industriekunden und der 3D-Drucker-Community neue Varianten mit einer Betriebsspannung von 5 V an. Damit eröffnen sich unzählige Einsatzmöglichkeiten. 

Des Weiteren wurden am Anycubic i3 Mega 3D-Drucker die Motortreiber gegen neue TMC2100 getauscht und mit einem neuen Lüfter versehen. Während die Spannung für die Schrittmotoren der x-, y- und z-Achse im Bereich von 0,85V liegt, ist für den Extruder (E0-Bezeichnung) eine Spannung von ca. 1,2 V erforderlich. Eine niedrige Spannung hat oftmals zur Folge, dass der Extruder-Motor während dem Filamentvorschub springt. Dadurch kann es zu einer Unterextrusion kommen und im ungünstigsten Fall bricht das Filament. Durch eine zu hohe Spannung kann sich jedoch der Extruder stark erhitzen. Wenn ein Extruder bei 1,2 V immer noch springen sollte, liegt oftmals ein verstopftes Hotend vor. Es gibt natürlich zahlreiche Quellen für Probleme, die insbesondere für Anfänger nicht immer einfach zu identifizieren sind.

Auch die Linearlager LM8LUU wurden gegen hochwertige Misumi LMUW8 Lager getauscht. Die Linearwellen wurden ebenfalls getauscht und mussten den gehärteten Präzisionswellen von Misumi weichen. Vor der Montage wurden die Lager kurz in 99,9% Alkohol getaucht und anschließend mit Super Lube Grease (Alternativ: Shell Gadus S2 V100 NLGI2 Allzweckfett) geschmiert. Die im Netz vorgeschlagenen Igus RJZM-02-08 Gleitlager haben wir nicht getestet. Hierbei sei jedoch erwähnt, dass diese nicht geschmiert werden dürfen. Im Zuge des Umbaus wurde dann auch der Extruder komplett gegen ein E3D V6 Kit ersetzt und die Firmware entsprechend angepasst.

Nach dem Umbau kam der Wunsch auf eine Bestellung für den Original Prusa i3 MK3S aufzugeben. Jedoch wird wie so oft im Netz kritisiert, dass das neue Modell (MK3S) hinsichtlich Rahmenstabilität einige Schwächen aufweist. Ein Umbau nach dem Kauf wäre aus Zeit- und Kostengründen nicht wirklich vorteilhaft. Der Bau eines eigenen 3D-Druckers wäre zwar eine Alternative, jedoch sollte man hier nicht an der falschen Stelle sparen. Wer sich dennoch zunächst für den Kauf eines Prusa i3 MK2/MK2S/MK3/MK3S entscheidet, der findet im Netz zahlreiche Modifikationen (Mods) mit Bezeichnungen wie Haribo und Zaribo. 

Für den Umbau eines Original Prusa i3 MK3S sehen die Mods Zaribo und Haribo Aluprofile für das neue Rahmen-Gestell vor. Dadurch soll die Stabilität erhöht werden und ein Druck mit höheren Geschwindigkeiten möglich sein. Die hochwertigen Aluprofile von Misumi sind in der 3D-Drucker-Szene äußerst beliebt und somit bestens dafür geeignet, aber für nicht gewerbliche Käufer nicht überall erhältlich. Alternativ gibt es für Rund 80 EUR Kits auf Aliexpress oder von deutschen Anbietern wie Motedis.de und Aluprofiltechnik.de, die jedoch nur einfache Zuschnitte anbieten. Wenn man sich aber schon für den Bau eines eigenen hochwertigen 3D-Drucker entscheidet, sollte die Wahl auf die qualitativ hochwertigen Teile von Misumi fallen. 

Diese Anleitung behandelt den vollständigen Bau eines 3D-Druckers, kann aber auch für eine Modifikation eines bestehenden Prusa i3 MK2S/MK3S genutzt werden. Hierbei ist lediglich zu beachten, dass der MK2S mit 12 V Betriebsspannung arbeitet und auf das Rambo Mini 1.3 aufbaut. Der MK3(S) setzt dagegen auf 24 V Betriebsspannung und auf das Einsy 1.1 Board, das unter anderem sehr leise Schrittmotoren integriert hat. Sicherlich könnte man sich jetzt für knapp 50 EUR einen Arduino 2560 mit Ramps 1.4 und billigen Schrittmotoren zulegen und später leisere TMC2100 nachrüsten. Die bessere Investition ist jedoch das moderne Rambo Einsy 1.1 Board, das über viele nützliche Funktionen wie integrierte TMC2130 Motortreiber verfügt und zusätzlich einiges mehr an Sicherheit bietet. 

Der Beitrag Prusa i3 MK3S Mod: 3D-Drucker selber bauen erschien zuerst auf PCPointer.de.