Eines der Highlights des MK4S ist neue Kühlung, die auf einen leistungsstarken 5V Radiallüfter und auf einen neuen Lüfterkanal setzt. Da die Luft damit von allen Seiten auf das Modell geblasen wird, sind Überhänge bis rund 75° ohne Stützstrukturen möglich. Bei Standard Drucken läuft der Lüfter mit rund 70% seiner Leistung. 

Eine weitere Neuerung ist die neue High-Flow Druckdüse, die auf der CHT-Technologie basiert. Durch mehrere kleine Kanäle in der Düse kann eine wesentlich höhere Durchflussrate als mit der Standard Mk4-Druckdüse erzielt werden. Der Nextruder-Adapter soll weiterhin kompatibel sein. Damit dürfte auch die XObsidian Druckdüse passen, aber nicht in den genuss der neuen Slicer Profile kommen, die für die neuen High-Flow Druckdüese optimiert sind.  

Weitere Neuerungen des MK4S können hier entnommen werden. 

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

Lieferumfang

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

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

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

Inbetriebnahme

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

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

Mainboard und Display

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

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

Firmware und Slicer

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

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

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

Perfekte erste Layer

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

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

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

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

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

Der erste Druck

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

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

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

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

Input Shaper und Geschwindigkeit

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

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

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

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

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

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

Montage und Demontage vom Nextruder

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

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

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

Druckauflagen

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

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

Prusa Link und Prusa Connect

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

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

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

Slicer Profile

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

Prusa MK4 oder BambuLab

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

Fazit

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

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Materialen wie ABS, Polycarbonat oder Nylon werden immer beliebter, neigen aber je nach Zusammenstellung des Granulats oftmals zu Warping. Darüber hinaus setzen diese Materialen beim Schmelzvorgang gefährliche Partikel frei, die sich teilweise auch auf Oberflächen absetzen und somit durch den Lüfter alleine nicht entfernt werden können. Das Verarbeiten solcher Materialen erfordert deshalb eine konstante Umgebungstemperatur und gleichzeitig eine ausreichende Filterung von gefährlichen Partikeln. Deshalb setzen immer mehr Anwender auf 3D-Drucker Gehäuse bzw. Einhausungen. Dafür gibt es bereits Ansätze wie ein IKEA Lack Gehäuse oder die Konstruktion einer Einhausung mit Aluminium-Konstruktionsprofilen. Prusa bietet mittlerweile auch ein auf seine 3D-Drucker angepasstes Gehäuse, das aber nicht mit dem Caribou 3D-Druckern kombiniert werden kann.

Wer eine platzsparende solide Lösung sucht, sollte zu einem fertigen 3D-Drucker-Gehäuse wie das der Firma Printer-Box greifen. Die Gehäuse richten sich vor allem an Besitzer eines Prusa i3 MK4 und MK3S. Mittlerweile gibt es die maßgeschneiderten Gehäuse auch für den Caribou3d MK3S- sowie für die Duet-Version. Auch kann man beispielsweise den neuen Prusa MK4 in die Modularbox setzen, da die Breite und Tiefe der beiden 3D-Drucker-Varianten nahezu identisch sind. 

PrusaBox und ModularBox

Printer Box hat gleich mehrere 3D-Drucker Einhausungen im Programm. Die PrusaBox richtet sich an Besitzer eines Prusa i3 MK3/MK3S. Mittlerweile gibt es auch eine PrusaBox für den brandneuen Prusa MK4 sowie einen Nachrüstsatz, um, die PrusaBox MK3 auf Mk4 umzurüsten. Die dritte Einhausung ist eine ModularBox, die für Caribou 3D-Drucker umgesetzt worden ist. Alle Gehäuse können mit zusätzlichen Modifikationen konfiguriert werden. 

Wir schauen uns in diesem Artikel die ModularBox für Caribou an und bauen dafür einen Caribou MK3S zum CaribouDuet um. Der Vorteil ist, dass PrinterBox alle relevanten Umbaukomponenten als STL zur Verfügung stellt. Darüber hinaus sind die 3D-Drucker Gehäuse um weitere Funktionen wie Filtersystem, LED-Beleuchtung und Temperaturkontrolle erweiterbar.

Beim Umbau auf CaribouDuet wurde nicht nur das Einsy-Mainboard durch ein Duet ersetzt, sondern auch um ein PanelDue 7″ Display erweitert. Durch den Duet-Umbau erreichen wir deutlich höhere Auflösungen auf der z-Achse und sparen uns gleichzeitig den Rapsberry PI als Kommunikationsschnittstelle zwischen 3D-Drucker und Anwender. Die Kabel der Schrittmotoren, Lüfter, Heizelemente und Sensoren haben wir nicht abgetrennt. Stattdessen haben wir uns für Adapter aus Heluflon entschieden, um uns für die Zukunft weitere Upgrades mit anderen Mainboards offen zu halten. Die Kabel haben wir dafür neu gecrimpt.

Lieferumfang

Die ModularBox für Caribou wird als Kit ausgeliefert und muss demnach vom Anwender selbst zusammengebaut werden. Allerdings wird die reine ModularBox nicht wie auf den Produktfotos vollständig mit allen Extras geliefert, sondern nur als Basisversion. Das Basiskit enthält einen schwarzen pulverbeschichteten Stahlrahmen bestehend aus 9 Teilen, fünf Türen aus Acryl mit einer Stärke von 3mm sowie Schrauben, Nutsteine und Pins aus Stahl. Bei einem Preis von rund 340,- EUR klingt das zunächst nach wenig, aber man bekommt immerhin präzise auf den 3D-Drucker zugeschnittene Teile.

Plastikteile und Materialauswahl

Um das ideale Material für die Plastikteile auszuwählen, sollten einige Kriterien berücksichtigt werden. In einem 3D-Druckergehäuse können Umgebungstemperaturen von 55 – 70°C entstehen. Die Glasübergangstemperatur (Tg) des Materials für die Plastikteile, die in der ModularBox für Caribou verbaut werden sollen, muss mindestens 80°C betragen. Daher fällt PLA mit einer Glasübergangstemperatur von rund 55°C nicht in die engere Wahl.

Bei PETG liegt die Tg bei etwa 60°C. Einige Hersteller werben mit bis zu 80°C, allerdings sollte man auch einen Puffer einplanen, denn das Material kann auch bei hoher konstanten thermischen Beanspruchung weich werden und sich durch mechanische Belastungen oder Druck verformen. Plastikteile außerhalb der ModularBox wie Scharniere können mit PETG Filament gedruckt werden.

ABS hat eine Glasübergangstemperatur von 90 – 100°C und eignet sich deshalb optimal für Plastikteile in einem 3D-Druckergehäuse. Neben der Hitzebeständigkeit bietet es auch noch eine moderate plastische Verformungsfähigkeit. Das bedeutet, die Bruchdehnung ist gut bzw. nicht spröde. Wer seine Plastikteile aus ABS fertigen möchte, sollte seine 3D-Drucker provisorisch einhausen, um eine gute Layerhaftung zu gewährleisten und Warping zu minimieren. Raft und Wände sollten ebenfalls dabei helfen, ein gutes Druckbild zu erzielen. Vor einigen ABS-Varianten wie das beliebte esun ABS+ sollte man sich aber in Acht nehmen. Leider geht aus dem technischen Datenblatt nicht immer hervor, welche Materialien für die Zusammensetzung verwendet wurden. ABS+ verzieht sich zwar weniger als ein gutes Polymaker ABS, aber das auf Kosten anderer Eigenschaften. Insbesondere die Hitzebeständigkeit bzw. Wärmeformbeständigkeit (HDT) ist mit ~72°C für den vorgesehenen Einsatz absolut ungeeignet. So könnte sich eine hohe Kammertemperatur auf die gedruckten Teile auswirken. Andere Hersteller wie Fillamentum machen das leider nicht besser, denn auch hier beträgt die HDT nur rund 80°C.

Es gibt noch weitere Filamente wie Nylon, das eine Glasübergangstemperatur von 180°C hat. Bei der Wahl zwischen PA6 und PA12 sollte man Letzteres vorziehen. Die Eigenschaften sind zwar identisch, allerdings bricht PA12 unter Druck weniger schnell. Das Material wird überwiegend im SLS verwendet und ist relativ teuer. 

Polycarbonat (PC) ist neben ABS das Mittel der Wahl. Es hat eine Glasübergangstemperatur von 150°C und eine sehr hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Duktilität. Das bedeutet, es bricht sehr schnell, ohne dass sich die Verformung vorher angekündigt. Allerdings ist das vom verwendeten PC Blend Filament abhängig. Bei geringer mechanischer und hoher thermischer Belastung bietet sich PC Filament an. Wir verwenden für unsere Druckerteile sowie für die Printer Box Modularbox überwiegend das Polymaker ABS.

Printer Box stellt alle benötigten Plastikteile für die Basis und Upgrades auf seiner Webseite zur Verfügung. Alle Dateien sind für den Druck von PETG ausgelegt. Als Profil kann das Standard PrusaSlicer-Profil verwendet werden. Für die Teile werden rund 1,5kg Material benötigt. Alle Komponenten sollten mit einer Schichthöhe von 0.2mm und 0,4mm Düse gedruckt werden. Für die 8 Ecken der ModularBox sollten 30-40% Infill, 4 Konturen und 5 Schichten für die Decke und für den Boden verwendet werden. Die STL-Konstruktionszeichnungen sind so erstellt worden, dass Sie ohne Stützmaterial gedruckt werden können. Wer allerdings ABS nutzt, sollte bei einigen Teilen trotz der Warpinggefahr den Lüfter auf 10-15% (Brückenventilaton 10-15%) laufen lassen, um Überhänge drucken zu können. Wer eine Wand rundherum nutzt, sollte einen Abstand von Mindestens 10mm zum Objekt verwenden, da die Wand die Luftzirkulation blockiert und die Schichten nicht mehr ausreichend gekühlt werden können.

Neben den ganzen Komponenten aus Plastik spielt auch das Gehäuse eine entscheidende Rolle. Printer Box legt dem Gehäuse Plexiglasplatten bei, die von Röhm hergestellt werden. Die dicke beträgt allerdings nur 3mm, was zum einen schlechter isoliert und zum anderen die größeren Seitentüren leichter verformen lässt. Andere Hersteller von Kits wie LDO machen das mit Acryl leider nicht besser. Acryl und Plexiglas sind zwar wesentlich günstiger als z.B. Makrolon (Polycarbonat), haben aber auch einen recht niedrigen Schmelzpunkt. Darüber hinaus verfügt Polycarbonat über eine hohe Schlagzähigkeit und über gute Brandeigenschaften, denn es ist schwer entflammbar. Makrolonplatten mit einer Stärke von 2 mm sind für das Projekt völlig ausreichend. Beim Druck von ABS oder PC im 3D-Druckergehäuse entstehen Temperaturen von rund 55-75°C. Damit bewegt sich das von Printer Box verwendete Plexiglas GS auf ganz dünnem Boden. Aber immerhin kann es bis zu einer Temperatur von circa 80°C eingesetzt werden. Es gibt noch andere Varianten wie das Plexiglas XT, das lediglich bis zu einer Temperatur von circa 70 Grad Celsius standhält. Makrolon ist in einem Bereich von -100 °C bis +120 °C temperaturbeständig, optisch klar und hat eine gute Brandschutzklassifizierung. Wer seine Modularbox modifizieren möchte, kann dies jederzeit tun. Für unseren Einsatzzweck reicht das mitgelieferte Plexiglas aus.

Konfiguration der ModularBox

Wer sich selbst nicht die Arbeit machen möchte, kann seine ModularBox auf Printer Box konfigurieren. Die essentiellen Plastikteile erfordern eine Druckzeit von rund 60-70 Stunden. Für rund 46,- EUR können diese beim Hersteller in eine von vier auswählbaren Farben erworben werden. Die Plastikteile werden von Printer Box in PETG geliefert. Weitere Plastikteile für das Netzteil oder das 3D-Drucker-Display können hinzugebucht werden. Auch Druckerfüße, Filtersystem oder LED-Streifen können dazu bestellt werden. Werden alle Optionen z.B. für einen CaribouDuet mit PanelDue 7″ hinzugebucht, verdoppelt sich der Kaufpreis. Dafür erhält man aber ein perfekt an sein 3D-Drucker angepasstes Gehäuse mit zahlreichen Upgrademöglichkeiten.

Filter- und Kühlsystem

Beim Filtersystem setzt Printer Box auf Kohlefilter der Firma Alveo3d, mit denen wir bereits gute Erfahrungen gemacht haben. Für das Filtersystem gibt es mehrere Lösungsansätze. Es gibt einen einfachen HEPA & Carbonfilter (120x120x15mm) sowie eine etwas effizientere Version. Allerdings geht aus der Anleitung nicht genau hervor, wie die Filter installiert werden sollen. Auf der Gehäuserückseite befindet sich eine kleine Öffnung, um die Luft nach außen abzuführen. Die Öffnung ist aber relativ klein, wodurch unter Umständen Luftstau/Lüftervibrationen entstehen könnten.

Für die Temperaturregelung bzw. Kühlung ist rechts vorne an der ModularBox ein Ausschnitt, das verschiedene Optionen bietet. Wenn vorne neben einem PanelDue 5″/7″ Display ein weiteres Display (z.B. ein Raspberry Pi und OctoDash) verwendet wird, muss der Temperaturregler rechts angebracht werden. Der Platz für den Kühlventilator wäre damit aber belegt. Wir empfehlen daher, den rechten Ausschnitt als klassische Lufteintrittsöffnung zu nutzen. Ein Lüfter wird dafür nicht benötigt. Lediglich der Einsatz eines Filters ist nötig, damit Staub nicht ins Gehäuseinnere gelangt und gleichzeitig keine schädliche Luft auftreten kann.

Prusa/Caribou Front-Varianten

Die Modularbox richtet sich an Besitzer eines Caribou 3D-Druckers. Diesen gibt es sowohl als MK3S Variante mit Einsy-Mainboard und dem dazu passenden LCD-Display als auch als Modifikation mit Duet-Mainboard und PanelDue-Display. Das Display gibt es in den Größen 5″ und 7″. Zusätzlich kann ein weiteres Element z.B. für einen Raspberry Pi mit Octopi installiert werden. Die Front ist nämlich so konzipiert, dass zwei Elemente nebeneinander Platz finden. Diese werden mithilfe von sogenannten Kopplern verbunden. Je nach Variante müssen noch der entsprechende Boden dazu sowie die Seitenteile mit oder ohne Lüfter gedruckt werden. Wie man also sehen kann, entsteht bei der Sichtung der STL/STEP Dateien ein ganz schönes durcheinander. Deshalb empfehlen wir Anfängern, die Teile kurz vor der Montage zu drucken und gegebenenfalls zu schauen, ob bestimmte Komponenten überhaupt benötigt werden. Zudem sollte man beachten, dass Printer Box nur die Dateien für die Plastikteile zur Verfügung stellt. Welche man wie miteinander kombiniert, bleibt einem selbst überlassen. Man sollte daher einen Plan haben und wissen, welche Teile man benötigt. Wir nutzen beispielsweise einen CaribouDuet 3D-Drucker mit PanelDue 7″ Display. Als zweites Element haben wir das W1219 Temperaturregler-Modul ausgewählt. Später lässt sich das auch noch umrüsten. Es ist wichtig, die Front aus zwei Teilen zu bauen, damit diese rechts und links mit dem Gehäuse verschraubt werden können. Es gibt in der Mitte angeordnet noch ein drittes Loch, allerdings konnte wir dessen Funktionen nicht erkennen. Theoretisch lässt sich auch ein sogenanntes Extremity rechts installieren, also ein weiteres Modul. Ein Nachteil ist allerdings, das von der Seite oder dem Boden kühle Luft zu den Platinen zirkuliert. Diese gelangt dann aber auch ungefiltert ins Innere des Gehäuses. Da dort aber weitere Öffnung angebracht sind, könnte eine Art Zugluft entstehen, die beim Druck von ABs oder PC zu Verzug führt. Daher haben wir für unser Gehäuse weitere Platen mit Öffnungen für die Kabel erstellt und diese dann von Innen angebracht. So verhindern wird, dass Luft aus verschiedenen Öffnungen ins Gehäuse gelangt.

Zusammenbau

Printer Box stellt für seine 3D-Druckergehäuse eine sehr ausführliche Anleitung zur Verfügung, die hier zu finden ist. Die Anleitung ist in verschiedene Kategorien unterteilt und bebildert. Sehr hilfreich ist auch, dass die benötigten STL-Dateien stets mit angegeben werden. Wir empfehlen dennoch, sich vor dem Zusammenbau die vollständige Anleitung anzuschauen, da einiges davon optional ist.

Der Zusammenbau geht an sich schnell von der Hand. Allerdings sollte man dafür rund 20 Stunden einplanen. Unsere ABS Teile hatten insgesamt eine gute Passgenauigkeit. Gegen einen geringen Aufpreis können die Teile aber auch von Printer Box gedruckt und geliefert werden. Nur sind diese aus irgendeinem Grund nicht immer passgenau. Die Teile wirken, als wären sie mit zu hoher Geschwindigkeit und einer minimalen Überextrusion gedruckt worden. Und da wir mit hohen Temperaturen innerhalb der Einhausung drucken möchten, haben wir uns dazu entschieden die funktionellen Teile aus ABS zu drucken. Grundsätzlich stellen Teile aus PETG aber kein Problem dar, solange bestimmte Temperaturen nicht überschritten werden.

Es gibt sehr viele Vierkant- und M4-Muttern, die in die Bauteile eingesetzt werden müssen. Das kann schon mal zur Geduldsprobe werden. Insbesondere die Vierkantmuttern sind aber im Vergleich zu den Gewindeeinsätzen die gängigere Methode der Befestigung im FDM-Bereich. Leider gibt es auch Unmengen an anderen Komponenten wie Scharniere mit Stift, Blenden, Filterschutz und ähnliches. An einigen Stellen hätte man das Ganze wesentlich einfacher und komfortabler lösen können.

Sind Ober- und Unterseite erst einmal zusammengebaut, können diese auf einfache Weise zusammengeführt und befestigt werden. Die Basisplatten sind sehr sauber und gut geschnitten. Allerdings ist die Dicke mit rund 1,3mm nicht gerade hoch. An manchen Stellen kann sich das Material beim Greifen verformen. Steht die Basis für die Einhausung aber erst einmal, wirkt alles robust und solide.

Das Gehäuse des Hepa Max Filters ist solide, aber nicht optimal umgesetzt worden. Hier hat man bei der Konstruktion keine Möglichkeit, den Filter ohne Ausbau der komplette Basis zu tauschen. Das ist zwar schnell durchgeführt, aber nicht komfortabel.

Es gibt M3x6 und M3x12 Schrauben, wobei deren Länge nicht immer zum Befestigen der Teile passt. Die einen sind zu kurz, während die anderen zu lang sind. z.B. bei der Rückseite von der Frontbox für das PanelDue 7″. Deshalb muss man an einigen Stellen etwas improvisieren oder sich zusätzlich noch ein Schraubenset mit weiteren Größen besorgen.

Die Modularbox bietet viel Potential für Upgrades. So können beispielsweise die Acrlyplattenränder mit magnetischem Band beklebt werden, damit alle Seiten beim Schließen bündig am Gehäuse anliegen. Auch gut gelöst sind die verschiedenen Spulenhalterungen. Es gibt einen Halter, der Innen befestigt wird. Es gibt aber auch die Möglichkeit die Spulenhalter auf der Gehäuseoberseite zu befestigen. So können bis zu 7 verschiedene Farben gleichzeitig zum 3D-Drucker geführt werden.

Upgrades

Was macht nun die ModularBox für Caribou und die PrusaBox für Prusa i3 3D-Drucker so besonders? Zunächst einmal ist es die Erweiterbarkeit. Für die Gehäuse von PrinterBox gibt es unzählige Erweiterungsmöglichkeiten für weitere Displays in der Front. Bei Rahmen und Kühlung von Bauteilen scheinen beide recht identisch zu sein. Beim Filtersystem setzt Printer Box auf einen doppelten Filter mit HEPA- und Kohlefilter. Was aber wirklich überzeugen kann, ist der Zugang zum 3D-Drucker. Grundsätzlich hat man bis auf dem Boden von allen Seiten Zugang zum Gerät. Auch gibt es die Möglichkeit Spulenhalter im Inneren oder auf dem Dach zu montieren und sogar einzuhausen. Die Gehäuse sind übrigens auch stapelbar und somit für 3D-Druckerfarmen geeignet. Es gibt sogar eine wachsende Community mit aktiven Mitgliedern auf Facebook. 

Fazit

Als Erfahrener 3D-Druck Anwender habe ich die ModularBox von Printer Box mit Spannung erwartet. Vor einigen Jahren konstruierte ich ein großes Gehäuse für bis zu zwei 3D-Drucker, das aufgrund der Rahmenkonstruktion viel Platz eingenommen hat. Die ModularBox besteht aus sehr dünnem Stahl, ist exakt auf den Prusa MK4/MK3S sowie auf die Caribou 3D-Drucker zugeschnitten und bietet viele Erweiterungsmöglichkeiten. Zudem reagieren die Entwickler bei Neuerungen recht schnell. Das Basis Kit ist bezahlbar und bietet viel Platz für kreative Ideen, um seine 3D-Drucker noch effizienter umzusetzen. Was mir am Konzept besonders gut gefällt, ist die Erweiterbarkeit wie z.B. für 3D-Drucker Farmen. Bei den Türen hätte ich eventuell auf Makrolon statt Acryl gesetzt, aber ansonsten ist das Basis Kit eine lohnende Investition.

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

Slice Engineering Vanadium Nozzle

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

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

Schichthöhe und Wandstärke

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

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

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

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

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

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

Mechanische Komponenten von MISUMI

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

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

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

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

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

Einkaufliste

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

Umbauanleitung

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

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

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

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

Extruder kalibrieren

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

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

1. Schritt

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

2. Schritt

Eine Abfrage der aktuellen Steps mit dem folgendem Befehl starten:

M503

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

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

2. Schritt

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

G1 F100

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

3. Schritt

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

4. Schritt

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

G92 E0 G1 E100

5. Schritt

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

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

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

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

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

M92 E301,9  M500

Der Extruder sollte regelmäßig und nach jedem Druckdüsenwechsel kalibriert werden.

6. Schritt

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

7. Schritt

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

Extrusions-Multiplikator kalibrieren

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

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

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

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

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

Mit folgender Formel lässt sich der Multiplikator ermitteln:

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

Weitere Informationen dazu gibt es auf der Prusa3D-Webseite.

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

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

Prusament ASA Prusa Galaxy

Überblick

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

Druckbarkeit

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

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

Drucktipps-Zusammenfassung für ABS

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

Typische Anwendungen

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

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

Desweiteren wurde damit ein Griff für die manuelle Nachführung gedruckt. 

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

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

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

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

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Die Nutzung einer Borosilikat-Glas-Druckplatte erfordert je nach 3D-Drucker die Manipulation des Start-Gcode-Skripts über die Slicer-Software. Denn 3D-Drucker wie der Prusa i3 MK3(S) verwenden für den Nivellierungsvorgang (Mesh Bed Leveling) einen PINDA-Sensor, der auf metallische Objekte reagiert. Darüber hinaus ist je nach Material ein Klebestift wie der Dimafix notwendig, um eine optimale Haftung zu gewährleisten. Noch besser ist das Nano Adhesive Polymer von VisionMiner, das sowohl mit den Standardmaterialen wie PLA, PETG und ABS funktioniert als auch mit Hochtemperaturkunststoffen wie PEEK und PEI ULTEM. Darüber hinaus lässt es sich ruckstandslos entfernen und hinterlässt keine unschönen Klebeflecken auf der Oberfläche der ersten Schicht.

Um eine Borosilikat-Glas-Druckplatte nutzen zu können, sollte wie folgt vorgegangen werden:

1. Druckplattenfrofil anlegen

Ab der Firmware-Version 3.8.0 ist es möglich, über das Druckermenü des Prusa i3 MK3S mehrere Druckplattenprofile anzulegen. Deshalb legen wir uns zunächst einmal ein neues Profil an, wählen jedoch denselben Wert für das „Live adjust Z“ wie für die standardmäßig genutzte Dauerdruckplatte. Denn die Federstahldruckplatte wird nach dem Mesh Bed Leveling gegen die Borosilikat-Glas-Druckplatte getauscht und die Höhendifferenz der Druckplatten im Start-Gcode-Script berücksichtig. 

2. Mesh Bed Leveling [7×7]

Prusa3D bietet mit seiner neuesten Firmware die Option Mesh Bed Leveling [7×7] an. Die Nivellierung nimmt zwar etwas mehr Zeit in Anspruch, ist aber auch deutlich genauer und weniger fehleranfällig.

3. Druckplatten – Höhe messen

Bevor es an die Slicer-Einstellungen geht, muss die Höhe bzw. Dicke der Borosilikat-Glas-Druckplatte mit einem Messschieber gemessen werden. In unserem Fall beträgt die Dicke exakt 3mm. Danach wird die Dicke der flexiblen Dauerdruckplatte gemessen, die bei uns 1,19mm beträgt. Die Differenzhöhe von 3-1.19=1.81mm ist die Höhe, auf die die Druckdüse gefahren wird.

4. Start-Gcode-Script manipulieren

In der Slicer-Software gibt es unter Druckereinstellungen->Benutzerdefinierter G-Code im Feld Start G-Code die Möglichkeit, benutzerdefinierten G-Code einzufügen. Hier implementieren wir nach dem Nivellierungsvorgang folgende Zeilen:

G1 Z50 F1000; raise nozzle 50mm
G1 Y200 F6000; bring the bed to the front
G4 S300; wait 300 seconds for glass to be placed on the print bed;
G1 Y0 F6000; move bed back
G1 Z#.## F800; lower nozzle back down over glass
; Replace the hashes with the thickness of your glass
G92 Z0; set as zero position for z axis

Der gesamte G-Code sieht wie folgt aus:

M115 U3.4.1 ; tell printer latest fw version
M83 ; extruder relative mode
M104 S[first_layer_temperature] ; set extruder temp
M140 S[first_layer_bed_temperature] ; set bed temp
M190 S[first_layer_bed_temperature] ; wait for bed temp
M109 S[first_layer_temperature] ; wait for extruder temp
G28 W ; home all without mesh bed level
G80 ; mesh bed leveling
G1 Y-3.0 F1000.0 ; go outside print area
G1 Z50 F1000; raise nozzle 50mm
G1 Y200 F6000; bring the bed to the front
G4 S300; wait 300 seconds for glass to be placed on the print bed;
G1 Y0 F6000; move bed back
G1 Z1.81 F800; lower nozzle back down over glass
; Replace the hashes with the thickness of your glass
G92 Z0; set as zero position for z axis
G92 E0.0
G1 X60.0 E9.0 F1000.0 ; intro line
G1 X100.0 E12.5 F1000.0 ; intro line
G92 E0.0
M221 S{if layer_height==0.05}100{else}95{endif}

Experten-Tipp: Als Pause haben wir 300 Sekunden gewählt, um der Borosilikat-Glas-Platte ausreichend Zeit zum Aufheizen zu geben. Für Hochtemperaturmaterialien mit einer Druckbetttemperatur von mindestens 130°C empfehlen wir, nach dem Start des 3D-Drucks die Glasplatte auf die Federstahlplatte zu legen, bis die Endtemperatur erreicht ist. Sobald das Mesh Bed Leveling startet, kann die Glasplatte entfernt werden. Nach dem Nivelierungsvorgang wird die Federstahldruckplatte entfernt und die bereits vorgeheizte Glasdruckplatte aufgelegt und mit Klammern (25-32mm Dicke) fixiert. Beim Fixieren ist Vorsicht geboten, damit die Nozzle nicht mit den Klammern kollidiert. Durch die bereits vorgeheizte Glasplatte wird zum einen ein Thermial Runaway verhindert und zum andern die Druckbetttemperatur vor Ablauf der 300 Sekunden erreicht.

5. Druckdüsenhöhe anpassen

Vor dem ersten Start sollte die Druckdüsenhöhe nochmals nachjustiert werden, um einen perfekten ersten Layer zu gewährleisten. Die errechnete Höhendifferenz der beiden Druckplatten, die im G-Code implementiert wurde, ist dafür nicht ausreichend. Deshalb sollte der erste Druck aus einer einzigen Schicht bestehen. Beim Prusa i3 MK3S legt man sich am besten Profile für PLA, PETG und ABS für PEI-Dauerdruckplatten an und anschließend dieselben Profile für die Borosilikat-Glas-Druckplatte.

Für neue Materialien gehen wir wie folgt vor (z.B. ABS):

• 100mm fördern und prüfen, ob tatsächlich 100m extrudiert wurden. Falls nicht, in Firmware anpassen
• ein einschichtiges Viereck in der Mitte der PEI-Dauerdruckplatte drucken und den optimalen Wert für das Live adjust Z ermitteln
• 9 Vierecke verteilt drucken, um gegebenenfalls Mesh Bed correction durchzuführen.
• Wenn alles passt, dann neues Profil für die Borosilikat-Glas-Druckplatte anlegen und zunächst den Wert für das Live adjust Z übernehmen
  
• neues Profil aktivieren
• ein einschichtiges Viereck in der Mitte der Druckplatte drucken, wobei vorher der Gcode entsprechend der Beschreibung manipuliert werden sollte
• während dem Druck das Live adjust Z anpassen. Theoretisch könnte diese Differenz auch ermittelt werden und im Gcode berücksichtigt werden. Das würde bedeuten, dass sowohl für PEI als auch für Borosilikat-Glas der selbe Live adjust Z-Wert gilt.
  
• Vor dem ersten 3D-Druck stets prüfen, welches Profil aktiviert ist. Auch der Gcode sollte je nach Druckplatte angepasst werden.

Für Hochtemperaturmaterialien sollte der optimale Abstand zwischen der Druckdüse und dem Druckbett ohne Filament ermittelt werden. Der Abstand zwischen Druckdüse und Druckbett kann bei höheren Temperaturen wesentlich größer sein als bei PLA, PETG und ABS. In unserem Test betrug der Wert für das Live adjust Z -0.858 (PLA auf einer Borosilikat-Glasplatte). Bei einer Hotend-Temperatur von 410°C und einer Heiztbetttemperatur von 135°C betrug der Live adjust Z-Wert -1.255. Um den exakten Wert ermitteln zu können, sollte ein Schicht testweise ohne Filament gedruckt werden und während dem Druckprozess ein etwas dickeres Blatt Papier (z.B. ein Werbeflyer) zwischen die Druckdüse und dem Druckbett geschoben werden. Nun wird solange am Live adjust Z-Parameter gedreht, bis ein gewisser Widerstand am Papier wahrgenommen wird.

6.

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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. 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. 

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