Funktion / Wissenswertes über 3d Drucker Sammlung

Der Begriff Kalibrierung stammt vom englischen Calibration ab und steht nicht nur für eine Kalibermessung und für das Eichen von Messinstrumenten, sondern auch für das Ausrichten von Werkstücken oder technischen Geräten auf ein genaues Maß.

Letzteres erfolgt auch bei einem 3D-Drucker. Bei der Kalibrierung handelt es sich folgerichtig um einen Messprozess, der einer zuverlässigen Feststellung und auch der Dokumentation von Abweichungen eines Messkörpers gegenüber einem anderen Gerät dient. Einer Definition des International Vocabulary of Metrology (VIM) in der JCGM 2008 zufolge umfasst die Kalibrierung noch einen zweiten Schritt – die Berücksichtigung ermittelter Abweichungen bei einer späteren Nutzung des Gerätes, welche dann wiederum die Korrektur der abgelesenen Werte zur Folge hat. Bei der Kalibrierung dürfen keine Eingriffe in das Messgerät vorgenommen werden, die es verändern würden.

Bei 3D-Druckern muss der Extruder von Zeit zu Zeit kalibriert werden. Dabei wird die Düsengröße der aktuell verwendeten Düse im Nozzle Diameter angegeben. Dies hat später Auswirkungen auf die Breite der bereits gedruckten Lagen und ermöglicht die korrekte Berechnung des Vorschubes. Passt der Vorschub nicht, kann beim Drucken zu wenig oder zu viel Filament durch die Düse fließen.

Ein Z-Wobble (alternativ auch Z-Wobbel geschrieben) entsteht, wenn seitliche Kräfte auf die Mutter auf der Gewindestange einwirken. Dies kann bei einigen 3D-Druckern zu einer Verdrehung der Z-Achse führen. In deren Folge verschiebt sich der Extruder sowohl in die Y- und Z-Richtung.

Es gibt einige Gründe, die zu einem Z-Wobble führen können. Dazu gehören unter anderem eine verbogene Gewindestange, ein Anschlagen der Gewindestange an einem der Löcher und eine nicht korrekt sitzende Gummischlauchkupplung. Die verbogene Gewindestange sollte ausgebaut und gerichtet werden. Zugleich kann es sinnvoll sein, die X-Achse zu stabilisieren. Eiert eine Gummischlauchkupplung zum Motor hin, sollte sie zentriert werden. Dazu ist es sinnvoll, sie etwas zu erwärmen, beispielsweise mit einem Föhn. Sollte nach beiden Maßnahmen die Gewindestange immer noch anschlagen, so besteht die Möglichkeit, das Loch etwas zu erweitern.

Je nach Art des 3D-Druckers wird es sicher noch einige weitere Möglichkeiten geben, das Z-Wobble zu unterbinden. Gern können Sie uns dazu einen Kommentar hinterlassen.

Als Flowrate bezeichnet man die Menge an Filament, die der Extruder ausstößt. Die Menge ist von verschiedenen Faktoren abhängig, so unter anderem der Stärke des Filaments, dem Durchmesser der Düse, der Zuführgeschwindigkeit sowie der Verarbeitungstemperatur.

In der Regel lässt sich die Flowrate sowohl im Slicer als auch während des 3D-Drucks selbst angepasst werden. Ein nachträgliches Justieren ist über Weboberflächen wie zum Beispiel Octoprint ebenfalls möglich. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn die Ausfüllung der Flächen zu hoch oder zu gering ausfällt.

Der Begriff Feedrate stammt aus dem englischen Sprachgebrauch und bezeichnet die Vorschubgeschwindigkeit. Dabei müssen wir zwischen der Default Feed Rate (Standardvorschubgeschwindigkeit) und der Maximum Feed Rate (maximalen Vorschubgeschwindigkeit) unterscheiden. Damit Druckfehler und hier vor allem auch Druckstaus zu verhindern, muss die aktuelle Standardvorschubgeschwindigkeit gelesen und eingestellt werden können. Die Vorschubgeschwindigkeit wird dabei in mm³/s (Kubikmillimeter pro Sekunde) gemessen.

Dabei wird bestimmt, wie viel Kunststoff innerhalb einer Sekunde im Extruder extrudiert wird. Dabei begrenzt die Vorschubgeschwindigkeit eines jeden Filaments die Geschwindigkeit, mit der es extrudiert werden kann. Grundlage für die Berechnung ist, wie schnell das Filament im Hotend schmelzen kann. Die Feedrate begrenzt allerdings nicht, wie schnell sich ein Druckkopf während des Drucks bewegt. Wird die Vorschubgeschwindigkeit überschritten, so wird der 3D-Drucker die Position wahrscheinlich überspringen und eventuell sogar ganz blockieren.

Der Begriff Raft stammt aus dem englischen Sprachgebrauch und steht für Gitter bzw. Netz. Im 3D-Druck wird ein Raft unter anderem für kleine Objekte genutzt, die sonst nur eine geringe Haftung am Druckbett aufweisen würden. Für das Raft fertigt der 3D-Drucker in langsamerer Geschwindigkeit meist drei Ebenen in unterschiedlicher Stärke, bevor er mit dem Druck des eigentlichen Objekts beginnt. In vielen 3D-Softwares ist die Möglichkeit, ein Raft zu drucken, mit integriert.

Den 3D Drucker kalibrieren muss nicht schwer sein. Man muss nur auf ein paar Dinge achten beim „Leveln“. Mit diesem Artikel bekommt Ihr eine Checkliste und weitere Infos wo für Genauigkeit sorgen müsst um euer Druck-Projekt ideal umsetzen zu können.

Das Druckbett richtig leveln – Das „A und O“ beim 3D Drucker kalibrieren

Für einen sauberen Druck ist es unbedingt nötig, dass das Druckbett richtig gelevelt ist. Das ist keine Frage. Wenn ich einen 3D Drucker kalibribieren muss, ohne Auto-Leveling, gehe ich wie folgt dabei vor:

Fahrt zuerst die Achsen eures 3D Druckers auf null um anschließend das Druckbett ausrichten zu können.

Schaltet nun die Motoren aus damit Ihr die Achsen manuell bewegen könnt. Also euren Druck-Kopf entlang der X-Achse und das Druckbett entlang der Y-Achse. Dies gilt natürlich nur für einen karthesischen Drucker wie dem Anet A8 oder dem Creality 3D CR – 10. Bei einem Tronxy X5S, also einem Core XY Drucker funktioniert das so nicht. Ebenso bei Delta 3D Druckern. Wenn Ihr einen anderen Drucker wie die beiden letzteren, könnt Ihr diesen Schritt überspringen.

Um das zu tun, Z-Achse auf 0,1 mm fahren und anschließend wieder zurück auf null fahren. Nun sollte man alle Achsen manuell bewegen können per Hand, jedoch sollte die Z-Achse fixiert sein. Das funktioniert nicht bei jedem Drucker. Wenn das nicht funktioniert am besten die Punkte zum Bett leveln per Menü und Motoren anfahren.

Druckkopf zur ersten Justierschraube des Druckbetts bewegen und richtige Höhe einstellen.

Beim Druck auf Glas macht Ihr das am besten mit einem Stück Kassenzettel. Dieses sollte man noch unter die Düse bewegen können, jedoch sollte es leicht an der Düse kratzen.

Beim Druck auf Bluetape oder einer Dauerdruckoberfläche macht Ihr das am besten mit einem Stück normalem Papier. Dieses sollte ebenfalls leicht unter die Düse zu bewegen sein aber dabei leicht an der Düse kratzen.

Macht das für alle Justierschrauben eures Druckbetts am besten mit 2 Durchläufen. Danach sollte euer Druckbett anständig gelevelt sein und Ihr habt einen #Firstlayerporn, auch ohne Klebstoff oder Vierlefanz. Den wichtigsten Punkt beim 3D Drucker kalibrieren habt Ihr somit abgeschlossen.

Vom Einstellen der Steps am 3D Drucker halte ich persönlich nicht viel. Die einzige Stelle wo dies Sinn macht meiner Meinung nach ist der Extruder. Haltet Abstand vor irgendwelchen XYZ-Rechnern, damit macht Ihr Euch nur Ärger. Wer an den Schritt-Einstellungen an den Achsen des 3D Druckers Veränderungen vornehmen möchte.

Achtung beim Verändern der Step-Einstellungen

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Die Extruder Steps richtig Einstellen beim 3D Drucker kalibrieren muss nicht unbedingt sein. Dafür hat man den Fluss (auch Flow genannt) im Slicer. Dieser bestimmt wie viel Filament pro zurückgelegtem Weg extrudiert werden muss. Oder anders gesagt, wie viel Schritte des Extruder-Motors notwendig sind um eine bestimmte Länge Filament zu fördern. Solltet Ihr an eurem 3D Drucker nichts verändert haben, würde ich euch raten davon Abstand zu nehmen und diese Einstellung in eurem Slicer zu erledigen (Flow-Settings). Damit könnt leicht Unter-Extrusion und Über-Extrusion ausgleichen. Um die Einstellungen zu testen empfehle ich ein Objekt im Vasenmodus zu drucken. 

Solltet Ihr beim Druck feststellen, dass die Flow-Settings nicht passen könnt Ihr diese während des Drucks anpassen. Euer aktueller Druck ist vielleicht damit zu retten. Hier ein Beispiel wie ich eine Unter-Extrusion während des Drucks ausgeglichen habe mit dem Flow.

 

Cali Cat – Die Kalibrierungskatze: https://www.thingiverse.com/thing:1545913

Druckerkalibrierungsturm: https://www.thingiverse.com/thing:3168820

XYZ 20mm Kalibrierwürfel: https://www.thingiverse.com/thing:1278865

All-in-One-3D-Druckertest: https://www.thingiverse.com/thing:2656594

• deinen 3D-Drucker
• einen Computer mit installierter Slicer-Software
• ein nicht flexibles Filament deiner Wahl
• einen Messschieber
• einen Permanentmarker

 

Um deinen Extruder zu kalibrieren, musst du als Erstes die Extruderdüse deines 3D-Druckers auf die Temperatur vorheizen, die für dein eingesetztes Filament benötigt wird. Wenn bereits ein nicht flexibles Filament geladen ist, fahre fort und heize auf die erforderliche Temperatur auf.

Wenn der Drucker schon vorgeheizt ist, lade wie gewohnt dein Filament und entferne dabei sorgfältig alle möglichen Reste des vorher eingesetzten Materials.

Verbinde deinen Drucker mit dem Computer – entweder über USB oder WLAN, wenn dein Drucker die Voraussetzungen dafür erfüllt. Öffne eine Slicer-Software und stelle eine Verbindung her. Sie muss in der Lage sein, einzeilige G-Code-Befehle an den Drucker zu senden. Mögliche Slicer-Software-Tools sind z.B. Simplify 3D, Pronterface, Repetier Host und OctoPrint.

Du musst auf der Oberfläche deines Slicers herausfinden, wo man Drucken auswählen kann. Bei Simplify 3D z.B. ist das im Fenster des Bedienungspanels. Bei den meisten RAMPS- und ATmega-basierten Druckern solltest du auch in der Lage sein, den seriellen Monitor von Arduino IDE einzusetzen.

Wähle am Extruder den Relativ-Modus aus, indem du den Befehl M83 an den Drucker sendest.

Um den Extruder zu kalibrieren, werden 100 mm Filament durch das Hotend gefördert.

Bevor das geschieht, miss das Filament bei 120 mm vor dem Extruder-Eingang mittels Messschieber ab und markiere es.

Jetzt gib den Befehl G1 E100 F100 an den Drucker. Die Maschine interpretiert ihn, als würden 100 mm Filament langsam durch den Extruder gefördert werden. Dies wird über einen Zeitraum von einer Minute durchgeführt, um etwaige Probleme mit Spannung oder Druck des Filaments am Hotend zu umgehen, was zu einer Verfälschung der Ergebnisse führen könnte.

Am Ende sollte der Drucker exakt 100 mm Filament extrudiert haben. Um dies zu überprüfen, führe eine Messung vom Extruder bis zu deiner ursprünglichen Filament-Markierung durch.

Lautet die Messung 20 mm, so ist der Extruder korrekt kalibriert und du kannst die nachfolgenden Hinweise getrost ignorieren.

Sollte die Messung mehr als 20 mm betragen, ist dies wahrscheinlich ein Zeichen von Unterextrusion und deine Einstellung „Schritte pro Millimeter“ muss erhöht werden.

Beträgt deine Messung weniger als 20 mm, liegt eine Überextrusion vor. Dies bedeutet, dass du die Einstellung „Schritte pro Millimeter“ verringern musst.

 

Damit der Extruder exakt eingestellt werden kann, ist es notwendig, den aktuell falschen „Schritte pro Millimeter“-Wert des Druckers zu bestimmen und den physikalisch gemessenen, richtigen Wert zu ermitteln.

Sende zunächst den Befehl M503 an deinen Drucker. Daraufhin wird eine Zeichenfolge auf deinem Monitor erscheinen. Schaue nach der Zeile, die mit echo: M92 beginnt, und finde den E-Wert heraus (meistens befindet er sich am Ende dieser Zeile). Hier handelt es sich um den aktuellen Wert „Schritte pro Millimeter“.

Nun gilt es, den physikalischen Wert „Schritte pro Millimeter“ zu ermitteln. Als Nächstes muss herausgefunden werden, wie viel Filament tatsächlich extrudiert wurde. Dies ist möglich, indem man die Länge vom Extruder bis zur Markierung auf dem Filament misst und diesen Wert dann von 120 subtrahiert:

• 120 – [Länge vom Extruder zur Markierung] = [tatsächlich extrudierte Länge]

Dann müssen wir herausfinden, wie viele Schritte der Extruder benötigt hat, um diese Filamentmenge zu extrudieren. Bestimmen können wir diesen Wert durch Multiplizieren des „Schritte pro Millimeter“-Wertes mit der Länge, die ursprünglich extrudiert werden sollte, nämlich 100 mm.

• [Wert „Schritte pro Millimeter“] x 100 = [ausgeführte Schritte]

Mittels dieser Rechnung erhalten wir den physikalisch gemessenen, korrekten Wert „Schritte pro Millimeter“, indem wir ihn durch die extrudierte Länge teilen:

• [ausgeführte Schritte] / [tatsächlich extrudierte Länge] = [korrekter Wert „Schritte pro Millimeter“]

Zu guter Letzt müssen wir das Ergebnis nur noch als den Druckerwert „Schritte pro Millimeter“ festlegen – und schon kann’s losgehen.

Um einen neuen „Schritte pro Millimeter“-Wert festzulegen, musst zu als Erstes den Befehl M92 E###.# eingeben und die Rautezeichen (#) durch den korrekten „Schritte pro Millimeter“-Wert ersetzen, den du beim letzten Schritt ermittelt hast. Zum Ablegen im Druckerspeicher gib den Befehl M500 ein.

Am besten ist es nun, den Drucker aus- und dann wieder anzuschalten. Sende anschließend den Befehl M503 erneut an deinen Drucker und stelle sicher, dass der E-Wert dem neuen „Schritte pro Millimeter“-Wert entspricht. Sollte dies nicht der Fall sein, wiederhole den ersten Teil dieses Schrittes.

Um zu überprüfen, ob der Extruder jetzt richtig kalibriert ist, kannst du die Schritte 1 bis 4 noch einmal wiederholen. Diesmal sollte die Länge zwischen Extruder und Markierung exakt 20 mm betragen. Falls nicht, berechne den Wert neu und speichere ihn erneut ab.

Jetzt sollte der Extruder deines Druckers perfekt kalibriert sein!