3D-Druck

CAD-Modell meines 3D-Druckers In Zukunft sollen hier diverse von mir entwickelte Modifikationen meines 3D-Druckers (Prusa I3) vorgestellt werden. Es soll keine explizite Bauanleitung für einen 3D-Drucker werden, denn davon gibt es im Netz mehr als genug, sondern lediglich als Anregung bzw. Addon dienen.

Sonstige Druck-Designs sind in meinem Thingiverse-Profil zu finden.










Rahmen

Laservorlage Edelstahlrahmen 2mmViele der Bausätze des Prusa I3 oder dessen Derivate haben einen Kunstoff oder Holzrahmen. Diese beiden Materialien erschienen mir als recht ungeeignet, das Holz ja bekanntlich „lebt“ und arbeitet. Beim Kunstoff hatte ich Zweifel ob dieser genug Stabilität und Steifigkeit gewährleistet. Es sind zwar auch Rahmen-Kits in Aluminium erhältlich, welche aber seinerzeit, als ich anfing den Drucker zu bauen, recht teuer waren. So entschloss ich mich dazu, selber eine Vorlage anzufertigen und diese von einem Edelstahlfertiger aus 2mm Edelstahlblech auslasern zu lassen. Hierbei habe ich gleich eine Sammelbestellung von 5 Exemplaren mit Freunden initiiert, sodass der Preis dadurch noch deutlich weiter gesunken ist. Für den schicken Edelstahlrahmen lag der Preis dann bei ca. 35€. Das ausgelaserte Blech musste dann noch in Eigenarbeit in Einzelteile zerlegt und die Trennstege mussten mit Feile und Winkelschleifer entfernt werden.



Die X- und Z-Achse

Modifizierte Z-Achse Die Z-Achse ist bei vielen einfacheren Bauanleitungen oder Bausätzen mit primitiver M6-Gewindestange ausgeführt. In der Praxis führt die zu schlechten Resultaten im Druckbild. Es entsteht dabei sogenannete Z-Wobble d.h. Die senkrechte Kante des Druckobjektes ist leicht wellig. Wenn man genau hinsieht lässt sich dier die Steigung der Gewindestange wiedererkennen (1mm). Abhilfe schafft hier die Verwendung von T8 Trapezgewindespindeln. Da die günstigeren Trapezspindeln samt Spindelmuttern aus China kommen, sind diese recht groß toleriert und erweisen ein hohes Umkehrspiel (auch „Backlash“ gennannt). Sollte man an seinem Drucker die Autoleveling Funktion verwenden, stößt man mit dieser Tatsache auf ernsthafte Probleme, da beim Umkehren der Drehrichtung der Spindel ein „Offset“ entsteht.Bearbeitete Spindelmutter In der Antriebtechnik oder bei Werkzeugmaschinen ist es gängige Praxis, die Spindelmutter geschlitzt oder als Schloßmutter auszuführen und so die Gewindegänge miteinander zu verspannen. Diese Methode habe ich ebenfalls bei der Z-Achse meines Druckers umgesetzt, indem ich pro Spindel einfach zwei Spindelmuttern verwendet habe, von denen ich die eine mit Langlöchern versehen hab, um sie mit der anderen Mutter verspannen zu können. So konnte ich das Umkehrspiel quasi komplett eliminieren und die Autolevelingfunktion arbeitet hervorragend wiederholgenau. Zur Anbringung zweier Spindelmuttern wurden die Druckteile (X-End Motor und X-End Idler) von mir modifiziert. Damit der Drucker leiser ist, habe ich die Lagersitze der Linearlager auch noch im Durchmesser angepasst, sodass dort IGUS RJMP 08 Kunstofflager passen, die die Standard-LM8UU Linearkugellager ersetzen. Für die Endschalter der Z- und der X-Achse habe ich ebenfalls zwei neue Halter entworfen, sodass der jeweilige Nullpunkt exakt einjustiert werden kann.
Damit die Kabel, die zum Druckkopf führen, sauber geführt werden und nicht wild durch die Gegend hängen, habe ich eine Energiekette (IGUS E2.10.10.018) in mein Design mit einfließen lassen. Durch die versetzte Anordnung der Linearführungen von Z- und X-Achse war die Energiekette nicht ohne Weiteres platzsparend hinsichtlich der Druckhöhe zu montieren. Schließlich habe ich ein Kettenglied im CAD entworfen, welches diesen Versatz ausgleicht. So lässt sich das eine Ende auf dem X-End am Motor mit einem kleinen gedruckt „Block“ befestigen und das andere Ende wird direkt auf den Druckkopf geschraubt.

Riemenspannner am Idler X-EndZudem sieht der Prusa I3 auch in seiner aktuellen Version (MK3) keine Möglichkeit vor, den Riemen der X-Achse zu spannen. Dadurch ist schon allein die Montage des X-Carriers eine sehr fummelige Angelegenheit, denn hier sollte der Riemen recht straff gespannt sein und nicht durchhängen. Deshalb plante ich bei der Modifikation des Idler-X-Ends eine Riemenspannvorrichtung mit ein, so kann auch nach einigen Betriebsstunden mit einer Rändelschraube der Riemen nachgespannt werden, wenn er sich leicht gedehnt hat.


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Der Druckkopf

Der Druckkopf, den ich aktuell an meinem Drucker verbaut habe, ist eine Modifizierung des Prusa I3 MkIII Druckkopfes. Das Original ist eine DirectDrive-Bauweise. Das heisst, der Schrittmotor ist unmittelbar am Druckkopf über dem Hotend verbaut und fördert dort das Filament. Der Nachteil diese Bauweise ist das hohe Eigengewicht des Druckkopfes, was zur Folge hat, dass die Dynamik wesentlich vermindert ist. Vorteile dieser Bauweise sind aber eine einfachere Filamentdosierung, weniger „Oozing“ (Das unkontrollierte Austreten von Material aus der Düse) oder aber auch die Möglichkeit, flexibles Filament zu drucken.
Trotzdem entschied ich mich für die andere Bauweise, dem Bowden-Extruder. Aufgrund des sehr leichten Druckkopfes erreicht dieser eine sehr hohe Dynamik, es kann also sehr schnell gedruckt werden. Hierbei wird der Schrittmotor mit dem Ritzel zur Förderung des Filaments (Feeder) irgendwo anders fest am Drucker verbaut und das Filament wird durch einen dünnen Teflon (PTFE)-Schlauch dem Druckkopf zugeführt. Über richtig gewählte Retract-Einstellungen im Slicer kann das Filament totzdem sehr gut dosiert werden. Bei der Modifizierung der Teile habe ich auch eine Aufnahme für die Energiekette hinzugefügt und die Halterung für den Näherungschalter auf einen Durchmesser von 12mm angepasst. Zum Kühlen des Hotends dient wie in dem originalen Druckkopf ein 40mm Lüfter und zum Kühlen des gedruckten Filaments ein 5015er Radiallüfter. Der Schlitten der X-Achse wurde angepasst auf Igus Lineargleitlager (RJMP-01-08), da diese, wie vorhergehend erwähnt, einen deutlich leiseren Lauf haben als Linearkugellager. Als Hotend verwende ich einen Klon des „E3D V6 short distance full metal hotend“. Zum Zusammenbau werden diverse M3-Innensechskantschrauben in verschiedenen Längen und einige Vierkantmuttern benötigt.

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Der Feeder

Der Feeder



Download CAD

Für Interessierte am Nachbau des kompletten Druckers stelle ich hier auch das komplette CAD Modell des Druckers als *.stp-Datei zur Verfügung. Damit ist es auch möglich, die genaue Montage der oben vorgestellten Teile nachzuvollziehen oder eigene, weitere Modifikationen durchzuführen.



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