Aufrüstung von Low-End-FDM-3D-Druckern

Bis vor einigen Jahren waren die einzigen Alternativen für den Einstieg in die Welt des 3D-Drucks der Kauf eines kommerziellen Heimdruckers, dessen Kosten in vielen Fällen unerschwinglich waren, oder der Kauf der Teile und Komponenten, die für den Zusammenbau eines RepRap-Projekt-3D-Druckers benötigt wurden, entweder in Form eines Bausatzes oder separat. Die letztgenannte Option war wirklich erschwinglich, erforderte aber ein hohes Maß an Wissen und Erfahrung sowohl bei der Montage als auch bei der Programmierung und Kalibrierung, um gute Ergebnisse zu erzielen. Dies war eine große Hürde für viele Anwender, deren Ziel es war, nur in den 3D-Druckprozess einzusteigen und nicht in den Bau und die Kalibrierung von 3D-Druckern.

Bild 1: RepRap Mendel Drucker. Quelle: reprap.org

Das hat sich jedoch geändert. Es ist jetzt möglich, vormontierte und vorkonfigurierte FDM-3D-Drucker zu wirklich günstigen Preisen zu erwerben. Marken wie Creality, Tevo, Anycubic, Artillery oder Geeetech stellen einfache, gebrauchsfertige Drucker mit Preisen unter 500 ? und in einigen Fällen sogar unter 300 ? her.

Ein großer Teil dieser Art von 3D-Druckern sind in der Regel sehr minderwertige Geräte, mit häufigen Fehlern und in vielen Fällen praktisch unbrauchbar, jedoch gibt es ein paar Modelle, die es geschafft haben, ein ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis zu erreichen und gute Bewertungen in den Netzwerken zu bekommen.

Bild 2 : Ender Printer 3. Quelle: creality3dofficial.com

Modelle wie der Ender 3 und CR-10s von Creality oder der Sidewinder X1 von Artillery sind für viele Anwender der Einstieg in die Welt des 3D-Drucks. Obwohl sie ideale Optionen für den Einstieg sind, werden sich viele Anwender bald der Grenzen dieser Art von Drucker bewusst.

Kosteneinsparungen und Einschränkungen

Trotz des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses einiger dieser 3D-Drucker ist es unvermeidlich, dass die Qualität bestimmter Komponenten geopfert werden muss, um solch niedrige Preise zu erzielen.

Im Allgemeinen sind die Hauptschwächen dieser Drucker die folgenden:

• Die Qualität und Stabilität des Rahmens.
• Die Qualität der Druckunterlagen.
• Das Hotend.
• Der Extruder.

Einige Besitzer dieses Druckertyps, die den Sprung zu komplexeren Drucken oder fortschrittlicheren Materialien wagen wollen, stellen fest, dass ihr 3D-Drucker nicht in der Lage ist, die richtigen Temperaturen zu erreichen, oder dass ihr Extruder nicht in der Lage ist, ein flexibles Material richtig zu ziehen. In diesen Fällen stellt sich die Frage, ob man den Sprung zu einem höherwertigen Drucker mit den damit verbundenen hohen Investitionen wagt, oder ob man auf die Verwendung anderer Materialien verzichtet und sich mit der aktuellen Qualität zufrieden gibt.

Bild 3: Original E3D-Düse und Klon. Quelle: Hackaday.com

Es gibt jedoch eine Zwischenlösung: Versuchen Sie, die Schwachstellen zu verbessern und bestimmte Schlüsselkomponenten des Druckers durch andere hochwertige Komponenten zu ersetzen, wie sie in High-End-Druckern verwendet werden. Dadurch kann die Druckqualität erheblich verbessert und die Palette der verfügbaren Materialien erweitert werden.

Die Qualität und Stabilität des Rahmens oder der Struktur

Im Allgemeinen sind die Rahmen dieser Drucker eher leicht und in einigen Fällen nicht sehr robust. Besonders ausgeprägt ist dies bei den kostengünstigeren, bei denen in vielen Fällen der Einsatz von Kunststoffbauteilen missbraucht wird.

Bild 4: Geeetech i3. Quelle: geeetech.com

Das bedeutet, dass es unmöglich ist, hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zu erreichen, ohne Vibrationen zu verursachen, die die Druckqualität beeinträchtigen. Vielleicht ist dies eine weniger wichtige Schwäche, denn wenn man die Geschwindigkeitsbegrenzung eines jeden 3D-Druckers kennt und die Druckgeschwindigkeit darunter hält, sind die Vibrationen fast nicht vorhanden und die Druckqualität ist gut. Es ist auch möglich, die Robustheit des 3D-Druckers durch gedruckte Teile zu verbessern oder die Stabilität zu erhöhen, indem der 3D-Drucker auf einer festen Unterlage verankert wird, die Vibrationen minimiert.

Qualität der Druckbasis

Nicht immer bedeutet größer besser. Je höher das Druckvolumen in einem Drucker ist, desto wichtiger ist es, hochwertige Komponenten zu verwenden. Am deutlichsten ist dies vielleicht an der Druckbasis zu erkennen. Viele dieser Drucker enthalten jetzt eine Basis, die aus einer 2 oder 3 mm dicken Aluminiumplatte besteht, auf deren Oberfläche sich eine Kunststofffolie befindet. Während bei einer Basis von weniger als 25 cm die Ebenheit der Aluminiumplatte in der Regel recht gut ist, weisen die Basen bei großformatigen 3D-Druckern mit 40 cm oder 50 cm Basis in der Regel eine schlechte Ebenheit auf, insbesondere bei solchen mit einer Dicke von weniger als 4 oder 5 mm. In diesem Fall gibt es, selbst wenn sie perfekt eben sind, meist Probleme mit der Haftung oder der Unmöglichkeit, den gesamten Untergrund zu bedrucken.

Am besten ist es, vor dem Kauf eines Druckers realistische Vorstellungen über die Größe des benötigten Drucks zu haben und sich für die kleinste Größe zu entscheiden, die unseren Anforderungen entspricht. In den meisten Fällen ist eine Grundfläche von 20 cm x 20 cm oder 25 cm x 25 cm mehr als ausreichend.

Es gibt jedoch Zeiten, in denen ein Großformatdrucker wirklich notwendig ist oder sogar eine kleine Basis nicht sehr flach ist. In diesen Situationen ist die Lösung recht einfach und wirtschaftlich. Um einen minderwertigen Sockel zu verbessern, können Sie ein Glas in der Größe unseres Sockels kaufen und es direkt auf den Sockel stellen. Das Glas hat in der Regel eine fast perfekte Ebenheit, viel höher als die Aluminiumsockel. Um einen perfekten Untergrund zu erhalten, können wir zusätzlich eine Original- oder PEI-Builtak-Folie auf die Oberfläche legen, die die beste Haftung der Teile gewährleistet.

Bild 5: BuildTak-Klebebasis. Quelle: Buildtak.com

Eine weitere sehr interessante Option zur Verbesserung der Druckböden bis 310 mm ist die Installation eines hochwertigen Magnetfußes wie der BuildTak FlexPlate oder Ziflex-Basis. Diese Art von Unterlage verbessert nicht nur die Ebenheit und Haftung der ursprünglichen Unterlage, sondern erleichtert auch das Entfernen der gedruckten Teile.

Bild 6: Ziflex flexible Basis. Quelle: Zimple3D.com

Das Hotend

Die meisten dieser Drucker verwenden minderwertige Klone von anerkannten Hotends wie dem E3D V6 und dem E3D Vulkan. Obwohl sie ästhetisch gleich aussehen, haben sie innerlich nichts damit zu tun. Im Gegensatz zu den originalen V6-Hotends sind diese geklonten Hotends nicht ganz aus Metall, sondern das Filament wird durch ein minderwertiges PTFE-Rohr geführt. Dies, zusammen mit der Tatsache, dass die Kühlung der Hotends in vielen Fällen nicht ideal ist, bedeutet, dass diese Drucker auf Druckmaterialien mit Drucktemperaturen unter 260 ºC beschränkt sind. Außerdem vervielfacht sich die Wahrscheinlichkeit des Verstopfens und des Wärmekriechens im Vergleich zu einem hochwertigen Hotend.

Bild 7: V6 original vs clon. Quelle: spiritdude.wordpress.com

Andere Drucker, wie z. B. die Creality-Drucker, verwenden ein eigenes Hotend, und obwohl es sich hierbei um eine qualitativ hochwertige Komponente handelt, handelt es sich um ein Basismodell, das auf die Verwendung von Materialien mit Drucktemperaturen unter 255 ºC beschränkt ist.

Imagen 8: Hotend original de Creality. Quelle: creality.com

Die Aufrüstung des Hotends eines preiswerten Druckers kann eine der wichtigsten, aber auch eine der komplexesten Verbesserungen sein, die vorgenommen werden können. Wenn das Standard-Hotend ein Klon einer bekannten Marke wie E3D oder Slice Engineering ist, ist die beste Option einfach und besteht darin, es durch das Originaläquivalent zu ersetzen. Dies bedeutet nicht nur die Verbesserung der Verwendung eines hochwertigen Hotends, sondern öffnet auch die Tür zu allen Ersatzteilen und Zubehörteilen des jeweiligen Ökosystems, was langfristig von großer Bedeutung ist, wenn Sie in der Welt des 3D-Drucks vorankommen wollen. In diesem Fall besteht die einzige Komplikation darin, dass beim Austausch des Thermistors die Druckerfirmware geändert werden muss. Es ist wichtig zu wissen, ob der Drucker, den wir aufrüsten wollen, Änderungen an der Firmware zulässt, andernfalls ist es notwendig, den Thermistor als Standard zu behalten.

In Fällen, in denen das Hotend eine eigene Konstruktion ist, kann der Prozess kompliziert sein. In Ermangelung eines hochwertigen Äquivalents, das einen einfachen Austausch ermöglicht, kann es notwendig sein, neue Teile zu entwerfen und zu produzieren, um ein E3D- oder Slice Engineering-Hotend aufzunehmen. Dieser Vorgang kann für viele Anwender sehr kompliziert sein.

Bild 9: Moskito-Anpassung an einen Ender 3. Quelle: thingiverse.com/brotherchris

Dies ist jedoch eine Vereinfachung für die Benutzer von 3D-Creality-Druckern und anderen 3D-Druckern, die das gleiche Hotend verwenden, wie z. B. der Tevo Tornado, der TronXY X5S, Alfawise U20 oder Lotmaxx SC-10.

Die amerikanische Marke MicroSwiss hat ein hochwertiges Ganzmetall-Hotend entwickelt, das vollständig mit dem Creality-Hotend kompatibel ist. Dieses Hotend ermöglicht das einfache Drucken von Filamenten mit Temperaturen bis zu 285°C, besteht aus einem Grade 5 Titan-Heatbreak, einem hochwertigen Kühlkörper und einer vernickelten Messingdüse. Darüber hinaus bietet es eine große Auswahl an kompatiblen Düsen in verschiedenen Materialien und Durchmessern.

Bild 10: MicroSwiss Hotend All Metal für Creality-Drucker. Quelle: Microswiss.com

Der Extruder

Viele dieser Drucker verwenden hochwertige Extruder-Klone, jedoch ist, wie im vorherigen Fall, obwohl das Aussehen ähnlich ist, die Leistung viel geringer. Das Extruder-Upgrade ist wahrscheinlich die wichtigste Verbesserung, zusammen mit dem heißen Ende, und diejenige, die die endgültige Druckqualität am meisten beeinflussen kann. Andererseits kann es in vielen Fällen die komplexeste und diejenige sein, die die größte Investition erfordert.

Hier gibt es drei mögliche Situationen:

• Drucker mit Direktextruder
• Bowden-Extruder-Drucker
• Bowden-Extruder-Drucker umgerüstet auf Direkt

Drucker mit Direktextruder.

Dieser Fall ist ähnlich wie der von Hotends. Wenn der Drucker ein Klon einer anerkannten Marke ist, wie z. B. der Titan Aero oder der Bondtech BMG, ist die beste Option das Originaläquivalent. In diesem Fall müssen Sie jedoch vorsichtiger sein und sicherstellen, dass die Kompatibilität gegeben ist. Im Gegensatz zu Hotends, bei denen in den meisten Fällen die Abmessungen mit dem Originaläquivalent übereinstimmen, können Extruder Konstruktionsunterschiede aufweisen, die einen direkten Austausch unmöglich machen. Die meisten Marken wie E3D oder Bondtech stellen Zeichnungen und Maße ihrer Extruder auf ihren Websites zur Verfügung, und genaue Modelle dieser Extruder sind in den großen 3D-Dateispeichern leicht zu finden. Es wird empfohlen, den Extruder des 3D-Druckers zu messen und mit dem Original zu vergleichen, um sicherzustellen, dass er problemlos ausgetauscht werden kann.

Bild 11: Titan Aero-Klon. Quelle: Aliexpress.com

Wenn der Extruder eine eigene Konstruktion hat, muss der Druckerwagen angepasst werden. Designs zur Anpassung von Qualitätsextrudern wie dem Titan Aero an die gängigsten Drucker wie z.B. einige Creality finden Sie in den wichtigsten 3D File Repositories. Falls ein neues Trolley-Design benötigt wird, kann es eine gute Option sein, den originalen Extruder durch den neuen E3D Hemera zu ersetzen. Sein integriertes T-Slot-Montagesystem macht es einfach, ihn in jeden Drucker zu integrieren.

Video 1: E3D Hemera Montagesystem. Quelle: e3d.com 

In jedem Fall bedeutet ein Wechsel des Extruders in vielen Fällen eine Änderung der Schritte pro mm in der Firmware, so dass wir sicherstellen müssen, dass wir dies tun können. Wenn Sie die Firmware des Druckers nicht dauerhaft ändern können, müssen Sie den Befehl M92 mit der entsprechenden Schrittkonfiguration in den Druck-GCode einfügen.

Bowden-Extruder-Drucker.

Dies ist wahrscheinlich der einfachste Fall. Da er an einem Punkt fixiert ist, ist es sehr einfach, einen an einen bestimmten Extruder angepassten Träger herzustellen. In diesem Fall ist die beste Option, den Standardextruder durch einen originalen Bondtech BMG zu ersetzen.

Für die meisten Besitzer von Creality- und Tevo Tornado-Druckern ist der Prozess sogar noch viel einfacher. Bondtech hat eine Version seines bekannten BMG speziell für diese Drucker angepasst.

Bild 12: Bondtech-Extruder für Creality-Drucker. Quelle: Bondtech.de

Wie im vorherigen Fall kann es erforderlich sein, die Pitch-Konfiguration pro mm der Firmware zu ändern.

Unabhängig davon, ob der Extruder ausgetauscht wird oder nicht, muss das Bowdenrohr in jedem Fall nachgerüstet werden. Das Ersetzen des Standard-PTFE-Schlauches durch einen Capricorn XS ist eine einfache, kostengünstige und viel wichtigere Modifikation als Sie vielleicht denken. Ein Bowdenzugrohr mit einem engen Innendurchmesser und geringer Reibung verbessert die Genauigkeit und Konsistenz der Extrusion erheblich. Kombinieren Sie einen Bondtech BMG-Extruder mit einem Capricorn XS-Bowdenrohr und Sie haben eines der besten Bowdensysteme auf dem heutigen Markt.

Bild 13: Standard PTFE-Schlauch vs. Capricorn XS. Quelle: Captubes.com

Bowden-Extruder-Drucker umgerüstet auf Direkt

In den meisten Fällen ist dies die komplexeste Option. Zusätzlich zu der Notwendigkeit, den Wagen komplett neu zu konstruieren, um einen Direktextruder einzubauen und die Firmware zu modifizieren, um die Steigungen pro mm anzupassen, ist es bei einer Änderung der Position des Extruders notwendig, das Motorkabel zu verlängern.

Für die Benutzer von Bowden-Druckern ist dies die bestmögliche Aufrüstung, obwohl dies ein sehr komplexer Prozess sein kann, der nur den erfahrensten Benutzern vorbehalten ist.
Wie in den vorangegangenen Fällen haben die Benutzer von Creality-Druckern dank Bondtech und Microswiss jedoch mehrere Möglichkeiten, diese Konvertierung schnell und einfach durchzuführen. Derzeit gibt es drei Direktextruder, die mit Creality-Druckern kompatibel sind:

MicroSwiss

Zusätzlich zu seinem Hotend All Metal für Creality-Drucker bietet MicroSwiss auch einen hochwertigen DDG-Extruder an. Dies ist ein leichter Extruder, der komplett aus gefrästem Aluminium besteht. Er ist mit dem originalen Creality-Hotend kompatibel, die beste Option, um das Beste aus dem Drucker herauszuholen, ist jedoch die Kombination mit dem renommierten Hotend All Metal von MicroSwiss. Die Installation dieses Extruders ist wirklich einfach und erfordert nur wenige Schritte, außerdem ist er die wirtschaftlichste Option.

Bild 14: MicroSwiss-Extruder für Creality. Quelle: Microswiss.com

Bondtech DDS

Dies ist eine der professionellsten und vollständigsten Optionen. Es besteht aus einem kompletten Kopf, der aus einem Bondtech BMG-Extruder und einem originalen V6-Hotend besteht. Alles komplett montiert und verdrahtet. Mit diesem Upgrade erhalten Sie einen Direktextruder mit einigen der besten Komponenten, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind, mit dem Vorteil, dass Sie diese einfach und schnell installieren können. Es ermöglicht auch die Verwendung aller Komponenten des V6-Systems, das vollständiger ist als das serienmäßige Mk8. Auch hier müssen die Steigungen pro mm des Extrudermotors und die Thermistorparameter in der Firmware angepasst werden.

Bild 15: DDS-Extruder für Creality-Drucker. Quelle: bondtech.com

Bondtech DDX

Es ist der neue Direktextruder für Creality-Drucker. Es ist die vielseitigste der drei Optionen. Wie der vorherige basiert er auf einem adaptierten Bondtech DDX-Extruder, aber in diesem Fall ist er nicht mit dem Hotend ausgestattet, sondern direkt mit dem von Creality kompatibel. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung der bekannten Slice Mosquito und Copperhead Hotends durch einen Anpassungssatz. In Kombination mit einem der beiden Hotends ist es wahrscheinlich eines der fortschrittlichsten Direktextrusionssysteme, die heute verfügbar sind, auf einer Stufe mit denen vieler professioneller Drucker.

Bild 16: Bondtech DDX-Extruder. Quelle bondtech.com

Für viele Benutzer von Low-End-Druckern, die sich weiterentwickeln möchten, indem sie neue Materialien erforschen oder die Qualität ihrer Drucke verbessern, kann das Aufrüsten bestimmter Komponenten ihres Druckers die beste Option sein, ohne die Investition in einen semiprofessionellen oder professionellen 3D-Drucker tätigen zu müssen. Durch einfaches Aufrüsten des Extruders und des Heißen Endes können Sie die Qualität deutlich verbessern sowie mit bisher nicht realisierbaren Materialien experimentieren oder neue Düsen mit Durchmessern von 0,25 mm bis 1,5 mm einsetzen.

Diese Optionen sind besonders für Besitzer von Druckern der Marke Creality interessant, da sie eine größere Auswahl an Optionen sowie die beste Kompatibilität aufweisen.