Neue Drucker braucht das Land

Nachdem mein erster 3D Drucker, ein Prusa I3, fertig gestellt war, tauchte auch schon ziemlich schnell das Verlangen nach einem zweiten Drucker auf. Er sollte ein bisschen kompakter und leichter sein, der Prusa war aufgrund einer Holzumhausung doch zu einem ziemlichen Möbel angewachsen, und durch seine Klobigkeit unhandlich und nur schwer transportierbar. Ich hatte ihn in der Vergangenheit auf einigen Messen mitgeschleppt. Der Drucker ist unbestritten ein Blickfang und Publikumsmagnet, aber der Transport ist mühsam und er nimmt viel Platz im Auto weg.

Die Wahl des Modells gestaltete sich ziemlich schwierig. So ziemlich jeder Entwickler ist von gerade seinem Modell und Konstruktion überzeugt und da eine Entscheidung zu treffen ist schwer. Einen fertigen Drucker wollte ich nicht kaufen, das macht keinen Spaß, ausserdem hätte ich das Geld auf einen Schlag auf den Tisch legen müssen was ich nicht wollte. Also stand ersteinmal die Suche nach dem richtigen Modell an. 

In einem 3D Drucker Forum wurde vor einiger Zeit von einem Forenmitglied eine Eigenentwicklung nach dem CoreXY Prinzip [6] vorgestellt. Bei diesem Prinzip werden die X und Y Achsen nicht jeweils durch einen Motor angesteuert, sondern beide Motoren wirken durch eine spezielle Zahnriemenführung gemeinsam auf beide Achsen. Das sah sehr vielversprechend aus, vor Allem, weil die meisten professionell anmutenden Drucker nach diesem Prinzip arbeiten. Das "Gehäuse" des Drucker war mit 20x20 mm Aluminiumprofilen realisiert worden, eine Bauart, die ich durch meine letzte Firma schätzen gelernt habe. Diese Profile können beim Anbieter [4] direkt präzise und ohne Nachbearbeitung auf die richtige Länge geschnitten werden und werden über Adapterstücke und Nutensteine miteinander verbunden. Dem gegenüber standen Konstruktionen aus Gewindestangen oder einfachen Platten, welche mit gedruckten Teilen zu einem Gehäuse verbunden wurden. Eine simple, kostengünstige und leicht nachbaubare Konstruktion ist zwar eine der Grundideen des RepRap Gedankens, aber man muss ja nicht unbedingt bei der alten Bauart bleiben, Alu sieht da doch ein wenig ästhetischer aus.

Nach kurzem Überlegen fiel meine Wahl dann auch auf diesen Druckertyp und somit wurden die ersten Teile dafür bestellt. Glücklicherweise hatte der Erbauer eine Einkaufsliste (neudeutsch BOM, Bill of Material)erstellt, welche auch so 1:1 übernommen wurde. Somit wurden die Metallteile bei einigen Firmen bestellt, natürlich führt keiner der Lieferanten alles im Shop. Das Porto ist hier also ein nicht zu unterschätzender Faktor in der Gesamtkalkulation! Erste Teile wurden gedruckt. Der Erbauer hatte alle Teile zum freien Nachbau zur Verfügung gestellt. Diese wurde erstmal auf Verdacht pauschal alle nachgedruckt. Wie sich später herausstellte, waren einige der Teile nicht notwendig, da ich den Drucker an nicht wenigen Stellen modifizieren wollte. Aber ich konnte mit diesen Teilen wenigstens rumprobieren. Vermutlich sind im Laufe des Baus mehr als eine ganze Rolle Filament nur für Teile verdruckt worden die nicht benutzt oder zuerst benutzt und dann später modifiziert worden sind. Auch hier sind versteckte Kosten die man beachten muss. Ich finde das aber nicht schlimm. Man lernt Einiges über die Materie und das 3D zeichnen und das Filament ist ja auch nicht sooo teuer. Zeit darf man allerdings nicht rechnen. Auch darf man sich nicht die Frage nach Kosten/Nutzen stellen. Es gibt in der Zwischenzeit einige recht gute Drucker für kleines Geld, wer wenig druckt sollte auch die Möglichkeit bei Anbietern wie shapeways o.ä drucken zu lassen ins Auge fassen. Die Qualität ist gegenüber den üblichen Filamentdruckern unvergleichlich höher. Das liegt aber auch an einem völlig anderen Fertigungsprinzip bei dem u.a. das Material in Pulverform mit Laserstrahlen zum gewünschten Objekt zusammengesintert wird. Je nach Materialauswahl werden hier äusserst beeindruckende Oberflächen erzeugt die ohne Nacharbeit weiterbenutzt werden können. Auch lassen sich hier so unterschiedliche Materialen wie verschiedene Kunststoffe, Gold, Platin oder Keramik verarbeiten.

Das wird dann (hoffentlich) wohl die nächste Revolution im Selbstbau...

 

Die Elektronik

Die Elektronik habe ich wieder in China bestellt. Es macht meiner Meinung nach einfach wenig Sinn, für die gleiche Ware bei einem deutschen Importeur mehr Geld zu zahlen. Natürlich bleibt da die Sache mit der Garantie offen. Zeugs aus China kann man im Falle eines Defektes nicht einfach so zurückschicken weil das ziemlich teuer wird, aber die meisten chinesischen Händler lassen da mit sich reden wenn die Teile defekt sind. Ein Restrisiko bleibt aber immer.

Ich hatte wieder ein RAMPS 1.4 Board [9] bestellt, dazu die Vollgraphikanzeige, Motoren, Endstufen und Kabelkram. Nach wenigen Wochen wurde auch geliefert, allerdings waren gegenüber der Bestellung für meinen ersten Drucker diesmal schwächere Motoren dabei. Ich habe selbstverständlich sofort reklamiert und nach einigem Hin und Her dann auch die stärkeren Motoren bekommen. Zwischendurch kamen nochmal die (gleichen) falschen Motoren aber irgendwann hat es auch gepasst. Ich durfte übrigens die falschen Motoren behalten. Alle! Den Anbieter findet man u.A. auch bei Amazon [3]

Für die Ansteuerung der X und Y Achse erschienen mir allerdings die gelieferten Motoren zu schwach. Reines Bauchgefühl, ich habe dann stärkere Motoren bestellt die natürlich auch wieder extra gekostet haben. Mein erster Gedanke: "Hoffentlich überstehen die Endstufen die Mehrbelastung". Nach vielen Stunden Druck am Stück kann ich jetzt aber sagen, dass sie es überstanden haben.

Das Netzteil ist wie beim ersten Drucker ein Server Netzteil [5], welches preiswert (~ 10 Euro) mit einigem Glück bei Ebay zu finden ist. Nach Installation zweier Brücken ist das Netzteil auch schon einsetzbar und liefert schlanke 25 A bei 12 V. Preiswerter gehts nicht! Allerdings muss man beim Einbau darauf achten, dass man das Netzteil berührungssicher und isoliert einbaut. Ausserdem muss es gekühlt werden. Ich habe aus diesem Grund das Gehäuse des Netzteils geöffnet, einen grossen Ausschnitt hineingeschnitten und einen Lüfter zur Zwangskühlung darüber gesetzt. Damit kann nun nichts mehr passieren, hebt aber leider die Geräuschkulisse an. Später sollte noch ein Lüfter zur Kühlung der RAMPS Platine dazu kommen. Diesen habe ich mit auf den Schaltausgang für das Hotend gelegt. Da das quasi ja eh immer unter Dauerfeuer liegt, aber auch nur im Betrieb an ist, ist auch der Lüfter nur eingeschaltet wenn das Hotend an ist. Nachteil ist natürlich der fehlende Nachlauf.

Das Heizbett ist das handelsübliche Heizbett, welches zum Bausatz dazu gehörte. Es hat zwei Heizspiralen für 12 V und 24 V Betrieb. Im 12 V Betrieb sind die Heizspiralen parallel geschaltet. Auf das Heizbett wurde eine "Sörli" Spiegelfliese von Ikea komplett dünn mit Wärmeleitpaste aufgeklebt. Es ist kontraproduktiv, die Wärmeleitpaste dick aufzutragen, zudem wird sie dann an den Seiten herausgedrückt und das ist wirklich eine Schweinerei. Von unten habe ich das Heizbett mit einem Stück Filz isoliert, beides sorgt für eine schnellere Aufheizzeit und bringt wirklich was. Die Spiegelfliese stabilisiert die Heizplatte ein wenig wenn sie sich aufheizt und ist zudem ausreichend plan. Die metallisierte Unterseite klebt auf dem Heizbett. Das komplette Heizbett ist auf Federn gelagert mit der Arbeitsplattform verbunden. Rändelschrauben sorgen hier für die Feinjustage, durch die stabilen Federn wird alles auf Spannung gehalten und kann auch während des Drucks schnell nachjustiert werden.

Ich hatte einmal kurz über eine automatischen Bettnivellierung nachgedacht, aber dazu ist auf dem Schlitten, welcher den Extruder trägt, etwas mehr Platz vonnöten. Vielleicht mach ich irgendwann mal ein Redesign vom Schlitten damit er das trägt.  

Zuerst wurde der Drucker kabellos via Bluetooth angesprochen. Hier [9] findet man ganz unten ein Verdrahtungsbeispiel. Das Modul ist recht preiswert im Internet zu finden. Nachdem man es mit dem PC via Bluetooth verbunden hat lassen sich die Daten per Funk übertragen. Später sollte der Drucker mit einer Software namens Octoprint angesteuert werden, dazu aber später mehr.

 

Das Hotend und Extruder

Das Hotend ist meiner Meinung nach mit eines der kniffligsten Bauteile an einem Drucker und in hohem Maße entscheidend für die Qualität des Druckes. In meinem ersten Drucker ist ein V3 Hotend von Reprap-fab.org [2] verbaut. Das ist ein sehr gutes Hotend, darf man den einschlägigen Foren Glauben schenken sogar mit eines der Besten. Leider gibts immer wieder Wartezeiten weil der Hersteller die Teile in reiner Handarbeit als Einmann Betrieb herstellt. Obwohl Zeit eigentlich keine Rolle spielt wollte ich nicht warten, zudem wollte ich mal ein anderes Hotend ausprobieren welches kurz zuvor auf den Markt gekommen ist und nur gute Kritiken bekam. Es nennt sich E3D-V6 und ist ebenfalls wie das von Reprap-fab ein Vollmetall Hotend, also ohne Teflonröhrchen im Inneren welches schon mal zu Problemen führen kann. Ausserdem hatte ich vor einiger Zeit ein paar Rollen Filament gekauft, die immer wieder zu Problemen mit dem Reprap-fab Hotend führten. Nahezu jeder Druck mit diesem Filament musste abgebrochen werden weil das Filament nicht weiter extrudiert wurde. Nach stundenlangen Versuchen und verschiedenen Einstellungen hatte ich dann aufgegeben und mit meinem bewährten (aber teuren) Velleman Filament von reichelt gedruckt. Vielleicht würde das Filament ja mit dem neuen Hotend gedruckt werden können??? (Nachtrag: geht, lag aber nicht nur am Hotend, grrrr...)

Das Hotend habe ich direkt in England bestellt [1] und es wurde auch sehr zügig geliefert. Leider waren ein paar dazugekaufte Ersatzteile falsch, aber hier wurde sehr schnell und sehr kulant geholfen. Der Laden ist sehr zu empfehlen. In der Zwischenzeit sind auch schon China Clones aufgetaucht. Keine Ahnung, was davon zu halten ist. 

Als Extruder habe ich einen Wade Extruder nachgedruckt. Zusammen mit einem Adapterdruckteil konnten auch Extruder und Hotend miteinander verheiratet werden. Ein wenig knifflig gestaltete sich der Einbau in den Schlitten, alles ein wenig eng bemessen. Aber zum Schluss ging es doch noch. Die Förderschraube des Extruders habe ich ebenfalls selbst hergestellt. Die Schnecke wird mit einem einfachen M5 Gewindeschneider etwas "unkonventionell" hergestellt, entsprechende Demovideos finden sich bei youtube. Z.B das hier: [10] oder einfach mal nach "hobbed bolt" suchen. Leider sind die meisten Videos unscharf, aber ein paar Perlen findet man immer. Ausgangsmaterial ist eine M10 Edelstahlschraube mit Sechskantkopf, also eher die klassische Bauweise. Von meinem ersten Drucker habe ich noch reichlich 3 mm Filament über, sodass ich auch hier wieder auf 3 mm gegangen bin. Als Neueinstieg würde ich vielleicht eher zu 1,75 mm raten. Beim Gewindeschneider viel Öl benutzen und nicht die beste Ware nehmen. "Je mehr drück, desto schneller knack".

 

Mechanik und Verdrahtung

Nachdem nun die meissten Komponenten endlich angekommen waren konnte mit dem Bau des Gehäuses begonnen werden. Die Aluprofile wurden miteinander verschraubt und die Ecken mit Winkeln verstärkt. Die gedruckten Halter für die X und Y Achsen mussten an einigen Stellen nachbearbeitet werden. Leider passten einige Löcher nicht, lag aber an meinem Drucker. Ansonsten waren die Teile passgenau. Alle Teile wurden mit Nutensteinen und passenden Schrauben mit dem Gestell verbunden, sodass sich ein sehr stabiles Gehäuse ergab. Später sollte es noch mit Makrolonplatten verkleidet werden. 

Die bereits gedruckten Teile wurden mit dem Gehäuse verschraubt. Bei einigen Teilen musste minimal nachgearbeitet werden. Andere wurden in der Zeichnung verändert und neu gedruckt. 

Die originale Konstruktion der Z Achse mit 2 Linearführungen und einem Antriebsgewinde missfiel mir. Kurzerhand wurden die neuen und unbenutzten Teile wieder im Forum verkauft. In der Zwischenzeit kam ich in den Besitz dreier Kugelumlaufspindeln inklusiv Muttern, welche die richtige Länge aufwiesen um sie im Drucker zu verbraten. Dummerweise hatten die Muttern ein für mich exotisches Feingewinde M18x1, welches ich nicht selbst herstellen konnte. Kurzerhand hab ich einen guten Freund kontaktiert der solche Schweinereien aus dem Handgelenk zaubern kann. Messing Material war vorhanden, auf zu Christian! Er hat in das Messing Sechskant eine passende Kernbohrung eingebracht, das Gewinde geschnitten und 3 Muttern abgestochen. Gute Leute braucht man, hier nochmal Danke an Christian!

Der runde Drucktisch wurde nun im CAD erstellt und aus 5mm Makrolon gefräst. Daran wurden 3 Halteohren auf GFK geschraubt in die die Kugelumlaufmuttern geschraubt werden konnten. Bleib jetzt nur noch die Frage, wie man die Spindeln antreibt. Der erste Versuch waren 3 Schrittmotoren, einer für jede Spindel. Passende Halter wurden gezeichnet und gedruckt. Nachdem diese mit Schrittmotoren bestückt wurden, konnten die Motoren über flexible Kupplungen mit den Kugelumlaufspindeln verbunden werden. 

Ja und wie wird das alles nun angesteuert??? 3 Motoren wollte ich einer Endstufe nicht zumuten, also wurde erst einmal versucht, die fünfte Endstufe auf dem RAMPS Board softwaremässig mit der Z-Achse zu verheiraten. Leider war das Aufgrund meines mangelnden Softwaretalentes nicht zu realisieren, eine entsprechende Anfrage im Forum blieb fruchtlos. Also auf die harte Tour! Die entsprechenden Steuerpins des Treiberplatinchens wurden entfernt und stattdessen Brücken zu den Steuerpins der Z-Achse gezogen. Nachdem diese ganzen Hürden nun genommen waren stellte sich ziemlich schnell heraus, dass ohne eine automatische Bettnivelierung das Ganze ziemlich sinnlos ist. Ich hatte auch noch nirgends etwas Vergleichbares gefunden, wo zwei oder mehr Motoren das Bett in dieser Art verstellen. Also wurde der Plan wieder verworfen und wich ziemlich schnell der aktuellen Version, Antrieb mit einem Motor und Kopplung aller Achsen mit Zahnriemen und Zahnriemenrädern. Heisst im Klartext, Portemonnaie zücken und bei Mädler die Brocken bestellen. Alles wieder auf Null, neue Halter zeichnen und ausdrucken. Diese dann mit Kugellagern bestücken und die viel zu grossen Bohrungen in den Zahnriemenrädern ausbüchsen sodass die Kugelumlaufspindel reinpasst. Diese wurde, nachdem alles passte und nicht mehr nachgearbeitet werden musste mit Loctite eingeklebt. Eine andere Lösung gabs nicht, da die verbliebenden Enden der Kugelumlaufspindeln sehr kurz waren. Zu kurz für was lösbares, und ich hab vorerst nicht vor das zu lösen ;-) Die Länge des Zahnriemens hab ich zeichnerisch ermittelt. Leider gibts nicht jede beliebige Länge bei Mädler, also musste die Länge genau passen. Ich hatte aber Glück und fand einen Riemen der dann doch gut passte.

Für das Display, welches zum RAMPS gehört, wurde ein Gehäuse gezeichnet und mit Schrauben auf die frontseitige Makrolonplatte geschraubt. Die Verbindungen zur RAMPS Platine habe ich dabei so kurz wie es geht gehalten, da man diese nicht beliebig verlängern kann. Ein paar Kistenecken, ein selbstentworfener Filamenthalter und zwei Energieketten, natürlich selbstgedruckt, komplettierten das Gehäuse beziehungsweise die Mechanik. Die Energieketten hatte ich bei Thingiverse [7] gefunden und gefielen mir auf Anhieb. Ähnliche Ketten hatte ich mal für teures Geld für meine Selbstbaufräse gekauft, sowas musste ich unbedingt wieder haben. Sieht gut aus, allerdings gefällt mir der Farbmix aus gelb und orange nicht mehr so wie zu Anfang. Vielleicht werde ich da nochmal nachbessern und wie so oft neu drucken. Ich glaube, ich hatte Anfangs schon mal was zum Thema Neudrucken erwähnt...

Die Verdrahtung war eigentlich nur Fleissarbeit. Nahezu alle Kabel waren von Haus aus lang genug und mussten nicht verlängert werden. Bei den Verbrauchern die viel Strom ziehen habe ich Silikonkabel benutzt die ich noch liegen hatte, alle anderen Kabel sind Schaltlitze. Mir gefiel wohl nicht der Kabelsalat der zum Druckkopf führt, das muss schöner aussehen. Also wurde schnell überschlagen wieviel Adern ich brauche und bei Reichelt Flachbandkabel nebst Steckern und Buchsen bestellt. Die Kabel in der Schleppkette zum Druckkopf wurden entfernt und gekappt. Dazwischen kam das Flachbandkabel mit den Buchsen und auf Platine gelöteten Steckern. Sollte das Kabel defekt sein kann ich es leicht tauschen, sollte der Druckkopf mal gegen was Anderes getauscht werden, so kann ich den ebenfalls leicht tauschen.

 

Endspurt

Naaaa, der hat dann doch etwas auf sich warten lassen. Quasi auf der Zielgeraden hab ich dann keine Lust mehr auf das Möbel gehabt. Der Drucker stand also monatelang in der Werkstatt im Weg rum. Egal wo, er hat immer gestört. Abgeben wollte ich ihn aber auch nicht, die Kohle bekommt man eh nicht wieder zurück. So richtig brauchen tat ich ihn aber auch nicht, mein "Erstegeborener" lief ganz gut und mit dem Kauf des sehr guten Simplify3D Slicers (ist jeden Euro wert) wurden auch die Drucke immer besser [8].

Nach Weihnachten 2014 hab ich mir dann nochmal ein Herz gefasst und den Drucker auf meine Werkbank gewuchtet. Erstaunlicherweise war garnicht mehr so viel zu tun. Die Verdrahtung hatte ich vor einiger Zeit schon gemacht, es fehlten nur noch ein paar Handgriffe. Die Firmware zum Betrieb des Druckers hatte ich auch schon von meinem ersten Drucker übernommen und auf Verdacht angepasst. Hier waren eigentlich nur ein paar Änderungen zu machen, sehr wichtig hierbei war die Umstellung aus CoreXY. Nachdem der Drucker das erste Mal unter Strom gesetzt wurde liessen sich auch alle Achsen bewegen. Irgendwie wollte aber der Extruder nicht so richtig. Er wurde zwar heiss, förderte aber kein Filament. Die Suche nach den Fehler hat mich dann doch einige Stunden gekostet. Es wurden Pins mit dem Oszilloskop gemessen, Endstufen getauscht, andere Motoren getestet, Softwareeinstellungen geändert, alles ohne Erfolg. Erst ein Hinweis nach einer Anfrage im Forum brachte die Lösung. Beim ganzen Rumprobieren hatte ich immer das Hotend wieder ausgeschaltet. Wenn die Endtemperatur nicht erreicht ist fördert der Motor natürlich nicht, auch nicht ausnahmsweise. Erst wenn man eine Zeile in der Firmware auskommentiert gehts, und genau das war der Hinweis. Die Endschalter mussten noch verkabelt werden. ich habe hier nur die für das Homing (auf den Nullpunkt fahren) benötigten Schalter verdrahtet. Bei den entgegengesetzten Endpunkten habe ich keine Schalter montiert. Die Motoren sind nicht so stark als das der Drucker bei einem versehentlichen Fahren in eine Endstellung Schaden nehmen könnte und das Werkstück ist dann eh versaut. Für X und Y reichen einfache Mikroschalter mit Rollenhebel. In Z hatte ich auch zuerst diesen Schalter verbaut, musste aber bald erkennen, dass ein induktiver Endschalter doch präziser ist.

 

 

Erste Tests

Nachdem die letzten Handgriffe stattgefunden hatten konnte der Drucker das erste Mal richtig getestet werden. Eigentlich startet man ja mit irgendeinem Kalibrierungsteil um die Maßhaltigkeit zu prüfen. Wird völlig überbewertet, braucht kein Mensch... Ich hab direkt ein Zahnrad ausdrucken lassen. Während der Druckkopf die ersten Kreise zog, konnte ich mit den Justierungen der Höhe beginnen. Immer wieder wurde der Druck unterbrochen und wieder neu gestartet. Solange, bis die ersten Lagen des Druckes gleichmässig auf dem Druckbett lagen. Aus dem Bau meines ersten Druckers hatte ich gelernt, dass die einfache Justage des Z Achsen Endschalters und des Heizbettes sehr wichtig ist. Hier habe ich den Auslöser des Z Endschalters mit einer Rändelmutter bestückt sodass ich den Schaltpunkt sehr einfach und ohne Werkzeug vornehmen kann. Damit sich die Schraube nicht verstellt wird sie mit einer Feder vorgespannt. Ist schon faszinierend zu sehen, die der Drucker, den man selbst gebaut hat, seine Kreise zieht und ein Bauteil entsteht. und das erste Bauteil war garnicht mal so schlecht. Ok, ich hätte etwas mehr Füllung als 0% nehmen sollen, dann wäre es noch besser geworden. Die Zähne waren sauber gedruckt und Alles in Allem schon ein gutes Ergebnis. Beim zweiten Zahnrad wurde der Infill höher gesetzt, und somit wurde auch das Ergebnis besser. Es folgten ein paar kleinere Teile, wie zum Beispiel ein schnell gezeichneter Lüfterhalter um die Endstufen der RAMPS zu kühlen. Ich hab da immer ein bisschen Probleme mit, also hatte ich vor einiger Zeit ein paar kleine Kühlkörper gekauft die auf die Endstufenchips geklebt wurden. Eigentlich sollen die ja ihre Hitze über die Platine ableiten, aber ein Kühlkörper plus Lüfter kann nicht schaden. Irgendwann fiel mir aber ein, dass ich gesehen hatte wie die X und Y Achsen doch nicht ganz winklig zueinander standen. Also doch schnell einen 20x20 Würfel ausgedruckt und... einen leichten Rhombus erhalten. Jetzt wusste ich auch, warum ich damals die Druckteile des Schlittens nochmal gedruckt in der Projektkiste liegen hatte. Also alles wieder demontieren und den Schlitten austauschen. Danach habe ich den Würfel nochmal ausgedruckt und das Ergebnis war sogar mit dem Haarlineal winklig. Bei einer Layerstärke von 0,1mm waren auch die einzelnen Linien kaum zu sehen. Man muss allerdings sagen, dass die Oberflächenqualität der ganzen ausgedruckten Objekte auch sehr stark von der Zeichnung abhängig ist. Hoch aufgelöste Zeichnungen sind nach meinen geringen Erfahrungen schlechter, da der Druckkopf lange auf einer kleinen Stelle "rumackert" und dort Material aufschmilzt welches sich dann zu hässlichen Blobs formt. Zieht der Druckkopf zügig seine Runde wird auch die Oberfläche besser. Das waren bisher so meine Erfahrungen, ich mag falsch liegen.

Nach kleineren Drucken war es an der Zeit das Dingen mal mit längerer Laufzeit zu testen. Da mir der Extruder nicht gefiel beschloss ich, es einmal mit einem Bowden Extruder zu versuchen. Nachdem ich bei Thingiverse einen geeigneten Kandidaten gefunden hatte, konnte es los gehen. Der Druck dauerte 8 Stunden die der Drucker klaglos seine Bahn zog. Dummerweise habe ich nicht auf die Beschreibung geachtet. Viel zu grosse Kugellager und eine 12mm Förderschraube anstatt den Standard 8mm. Na egal, wieder was für die Tonne. (Aber schön gedruckt hat er!). 

Ich entschloss mich dazu, den Grundkörper des Extruders nachzuzeichnen und auf 22/8 mm Kugellager sowie 8mm Förderschraube anzupassen. Auf den Bildern wird der Druck des Bowden Extruders gezeigt. Man kann hier sehr schön den Aufbau des Infills und auch der Aussenwände sehen. Perfekt gelungen, kann man wirklich nicht meckern. Beim zeichnen habe ich wieder was gelernt, und zwar die Ecken nicht abzurunden sondern abzuschrägen. Das beschleunigt den Druck und minimiert diese hässlichen Polygone. Leider waren die Drucke mit dem Bowdenextruder nicht so vielversprechend. Die Oberfläche war ziemlich gruselig, lag vermutlich an 3 dutzend Einstellungen. Ich habe dann fürs Erste den Extruder wieder gegen die altbewährte Version getauscht. Irgendwann wird das Dingen wieder rausgekramt und dann versuch ich mein Glück nochmal.

 

Kühlung des Druckobjektes

Als letzte Verbesserung des Druckers bis zur Fertigstellung dieses Berichtes ist dann noch die Kühlung des gedruckten Teiles zu erwähnen.

Ich wollte den Drucker mit zur Messe in Dortmund schleppen, wo er den ganzen Tag irgendwelchen Nippes ausdrucken sollte den man zum Beispiel den Messebesuchern mitgeben kann. Ausgesucht hatte ich mir den obligatorischen "Treefrog" [13], diesen wollte ich für die Messe vorbereiten und dann den ganzen Tag ausdrucken lassen. Beim Druck fiel mir allerdings auf, dass die Oberseite des Frosches zwar gut aussah, der Bereich um die Kehle allerdings eine grausame Oberfläche hatte. Nachdem ich den Druck noch einmal neu gestartet hatte konnte ich feststellen, dass in besagter Region jedesmal das noch rechte warme Material beim Überfahren von der Düse regelrecht weggedrückt wurde. So lässt sich natürlich keine hochwertige Oberfläche erzeugen. Es musste also eine Kühlung her die in die doch schlanken Platzverhältnisse hineinpasste. Bei Thingiverse wurde ich auch schnell fündig. Nachdem die Düse geringfügig modifiziert wurde, habe ich sie mit enem 40mm Lüfter komplettiert und mit leichtem Abstand zur Druckdüse ausgerichtet und montiert. Obwol man den Luftstrom als sehr schwach bezeichnen kann änderten sich die Druckergebnisse sofort dramatisch. Das Resultat lässt sich sehr schön an dem Vergleich roter Froch (ohne Kühlung) und oranger Frosch (mit Kühlung) erkennen. Wie man sieht, sind die Rückenpartien und Füsse bei beiden Fröschen gut gelungen, aber die Kehlpartie allerdings im Gegensatz zum roten Frosch beim orangen Frosch perfekt.

 

Die Software und der Werdegang zum fertigen Objekt

Ich nutze seit einiger Zeit die 3D Zeichensoftware ViaCAD 9. Davor hatte ich die Version 7, diese hatte allerdings einige Schwächen. Auch die 9. Version ist nicht frei von Problemen, allerdings bilde ich mir ein, dass die Software recht leicht zu erlernen ist. Im Bezug auf Software bin ich nicht das hellste Licht am Baum und tue mich ziemlich schwer ohne Führung eine Software autodidaktisch zu erlernen. ViaCAD ist wirklich einfach in der Handhabung. Besonders die "magnetischen Punkte" in gezeichneten Objekten vereinfachen das verschieben und manipulieren doch erheblich. Nachdem das Objekt gezeichnet ist wird es als .stl Datei exportiert und kann dann sofort in einen Slicer der Wahl importiert werden. Ich benutze an dieser Stelle wie bereits oben erwähnt, die Software "Simplify3D". Es ist eine sehr mächtige Software die hervorragende Ergebnisse erzielt. Besonders die Supportgenerierung bei Überhängen ist sehr gut. Leider ist auch diese Software nicht kostenlos, sie liegt bei ca. 100 Euro und kann auch nur mit einem Rechner gleichzeitig benutzt werden. Aber die Resultate entlohnen, mit anderen Slicern hatte ich bei gleicher Ausgangsdatei teilweise dramatische Qualitätsunterschiede innerhalb der Versionen. Leider waren die allen nicht wirklich gut. Mit Simplify kann ich auch direkt den Drucker ansteuern, eine sehr komfortable Einrichtung. Allerdings muss der Steuerrechner quasi die ganze eingeschaltet bleiben. 

Wie bereits erwähnt habe ich sehr gute Erfahrungen mit niedrigen Auflösungen des gezeichneten Objektes gemacht. Diese erhöhen die Druckgeschwindigkeit teilweise erheblich und verbessern auch die Oberfläche. Nachteilig sind natürlich die dann teilweise sichtbaren Polygone, aber das ist bei Funktionsteilen nicht von Nachteil. Man muss halt ein wenig rumprobieren und Erfahrung sammeln. Mit ein wenig Übung lassen sich sehr schnelle Ergebnisse erzielen. Von der Idee bis an das fertige Objekt kann man innerhalb kürzester Zeit gelangen. Und das bei Teilen, die konventionell nur sehr schwer zu fertigen sind. Ein Beispiel: Ein Ruderblatt wird als Hintergrundzeichnung in die 3D Software geladen, auf das richtige Maß skaliert und einfach nachgezeichnet. Das Profil selbst entnimmt man entweder ebenfalls der Zeichnung oder sucht im Internet nach geeigneten Profilformen. Dieses 2D gezeichnete Profil wird in der Höhe extrudiert und mit einer Bohrung für die Ruderwelle versehen. Wer mag kann noch eine Querbohrung für eine Befestigungsschraube vorsehen, allerdings würde ich ein tragendes Gewinde dem verwendeten PLA nicht ohne eine Messingbuchse zutrauen. Ich habe passend zum Beispiel mal ein Star Contra Ruder plus Vorverwirbelung meines neuen Bootes herausgesucht. Auf die Funktion will ich hier nicht weiter eingehen. Dieses asymetrische Profil wurde direkt vom originalen Plan abgezeichnet und entsprechend dem benötigten Maßstab skaliert. Nachdem notwendige Anpassungen für Stevenrohr und Befestigung vorgenommen wurden, habe ich das Ruder direkt ausgedruckt. Infill (der Füllgrad im Inneren) liegt bei 50-60%, trotzdem sind die Teile so stabil, dass man sie von Hand nicht gebrochen bekommt. Nachdem sie ein wenig überschliffen wurden sind sie bereit zum Einbau. Ein weiteres Beispiel ist der Sonardom welcher ebenfalls in 3D gedruckt wurde. Auch hier wurde leicht überschliffen um die Oberfläche zu glätten. Kleine Pickelchen, wie sie beim Druck durch zuviel Material beim starten einer neuen Aussenbahn schon mal vorkommen, werden schnell eliminiert.

 

Octoprint

Octoprint [11] ist eine Hostsoftware, welche auf einem Raspberry Pi läuft. Der Pi ist mit dem Arduino via USB verbunden und versorgt den Arduino mit Druckdaten die von letzterem in die nötigen Ansteuerungen der Schrittmotoren umgewandelt werden. Diese Druckdaten werden per WLAN auf den Pi geschoben. Dazu kann man in einem beliebigen Webbrowser die entsprechende Adresse des Pi im lokalen Netzwerk öffnen und anschliessend einfach die Daten mit der Maus auf das Fenster ziehen. Die Daten werden dann übertragen und vom Pi weitergegeben. Der Vorteil hier ist, dass der Drucker nicht mehr vom "Zeichenrechner" per Bluetooth angesteuert werden muss. Ausserdem kann man via Handy oder Tablet von überall aus auf den Drucker zugreifen, selbst die beobachtung des Drucks via Webcam ist möglich. Sehr komfortabel, wenn man längere Drucke nicht beaufsichtigen kann oder will, sich aber mal schnell über den aktuellen Stand des Druckes erkundigen will. Natürlich ist Octoprint kostenlos aus dem Internet downloadbar, eine Anpassung an den Pi ist sehr einfach. Die hochgeladenen Dateien werden auf der SD Karte gespeichert und sind auf für spätere Drucke abrufbar. Bei einer 4GB Karte kann man circa mit 660MB freiem Speicherplatz rechnen, also sehr viel Platz für Daten. Ein sehr interessantes Video zur Funktion von Octoprint findet man hier [12]

 

 

 

 

Einige Links:

 

[1] http://e3d-online.com/E3D-v6

[2] http://reprap-fab.org/shop/index.php

[3] http://www.amazon.de/SainSmart-Controller-Mechanical-Breakout-Mega2560/dp/B00FZHS9O2/ref=pd_sim_sbs_computers_3?ie=UTF8&refRID=03869M1AJPTE2FD97JZH

[4] http://www.motedis.com/shop/

[5] http://fpv-community.de/showthread.php?30055-Hochleistungsnetzteil-f%FCr-lt-10%80-und-in-nur-5-Minuten-Arbeit!/page4     Posting #147 und #148

[6] http://www.corexy.com/theory.html

[7] http://www.thingiverse.com/

[8] http://www.simplify3d.com/

[9] http://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4

[10] https://www.youtube.com/watch?v=2A_DMo1gwVk

[11] http://octoprint.org/

[12] https://www.youtube.com/watch?v=ylmcK-QAPjc

[13] http://www.thingiverse.com/thing:18479

 

Selbstgezeichnete Things zum Sparkcube:

http://www.thingiverse.com/thing:661984

http://www.thingiverse.com/thing:661977

http://www.thingiverse.com/thing:661966

http://www.thingiverse.com/thing:661964

http://www.thingiverse.com/thing:661961

http://www.thingiverse.com/thing:661958