Derzeit gibt es gefühlte 2000 verschiedene 3D-Drucker auf dem Markt, da ist es einigermaßen schwierig, gute Qualität zu erkennen. Hier ein paar wichtige Tipps und wichtige Informationen zum Filamentvorschub und Extruder von 3D-Druckern.

Herzstück und wichtigstes Element für ein gleichmäßiges Druckbild ist der sogenannte Extruder, der Druckkopf des 3D-Druckers. Dessen Komponenten Düse inklusive Düsenheizung und Filamentvorschub sollen gleichmäßige Erwärmung bei gleichmäßigem Filamentvorschub garantieren.

Extruder Multex Duo Pro 3mm 05mm je 40W b2

Filamentvorschub

Beim 3D-Druck wird das Filament in hunderstel Millimeter genauen Längen pro Verfahrweg des Druckers benötigt.

Als Beispiel ist hier ein Ausschnitt von einem GCode:

G1 X67.3 Y43.6 E0.1364
G1 X72.0 Y43.6 E0.2956

Diese 2 Zeilen geben dem Drucker den Befehl von der Position X67.3 Y43.6 zur Position X72.0 Y43.6 zu fahren, also 4,7mm in X-Richtung.

Der Extruder bekommt hier den Befehl von 0,1364 auf 0,2956 zu fahren.

Das heißt für diese Strecke muss der Extruder 0,1592mm Filament vorwärts schieben. Das sind ca. 16 hunderstel Millimeter.

 

Man sieht am Beispiel: der Extrudervorschub muss hoch genau sein und auch sehr gleichmäßig transportieren, da nur dann auch ein gleichmäßig dicker Faden aus der Düse transportiert wird.

Tut er das ungleichmäßig oder dreht er gar durch, dann ist klar, dass dann der Faden ungleichmäßig dick wird. Denn was oben rein geht, geht fast gleichzeitig unten hinaus. Also ist das erste wichtige Merkmal eines guten Extruders: er hat einen starken und gleichmäßigen Antrieb mit hoher Genauigkeit. Und, das kommt noch dazu: er sollte ein starkes Drehmoment haben.

Wer einmal versucht, Filament von Hand durch eine Düse zu schieben, weiß, dass einige Kraft dazu nötig ist. Diese Kraft nimmt bei schnellen Drucken noch zu, da das Filament bei hoher Geschwindigkeit noch zähflüssiger wird.

Getriebe-Extruder oder Direct Drive?

Da die gängigen 3D-Drucker mit Nema 14 bis Nema 17-Motoren ausgerüstet sind für den Filamentvorschub, ist das hier erreichbare Drehmoment auf max. 40Ncm begrenzt, wenn nicht ein zusätzliches Getriebe eingesetzt wird. Extruder ohne Getriebe werden in der 3D-Drucker-Szene als Direct-Drive Extruder bezeichnet. Dem gegenüber stehen Extruder mit Getriebeuntersetzung,die natürlich klare Vorteile in punkto vielfaches Drehmoment und vielfache Genauigkeit aufweisen. Grundsätzlich sind für die Performance daher Getriebemotoren vorzuziehen.

Warum dennoch die meisten 3D-Drucker Direct-Drives verwenden ist ganz einfach: das Gewicht ist das Problem. Da die meisten Modelle den Extruder in x- und/oder y-Achse bewegen, und diese Achsen relativ hohen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten unterliegen, ist ein Getriebe-Extruder kaum einsetzbar.

Getriebe Extruder klein

Extruder mit Planetengetriebe und gut zugänglichem Antriebsrad von Multec

Beim 3D-Drucken treten im Gegensatz zum CNC-Fräsen deutlich höhere Geschwindigkeiten auf und mit kleinen Füllflächen auch hohe Vibrationen. Bewegte Masse und schnelles Abbremsen/Beschleunigen sind da sehr problematisch bei den zumeist auch noch wenig steif gebauten 3D-Druckern, die dann fast vom Tisch fallen bei schnellen Drucken. 

Manche Druckerhersteller lösen das Problem dadurch, dass der Extruderantrieb nicht direkt mit der Düse auf der bewegten Achse sitzt, sondern dass Düse und Antrieb getrennt sitzen. Bei den sogenannten Bowden-Extrudern sitzt also der Antrieb des Filament fest am Gehäuse, verbunden durch einen Teflonschlauch mit der Düse, die auf den bewegten Achsen sitzt. Ultimaker ist ein Beispiel dafür. Bowdenzüge haben dafür den Nachteil, dass sie für sehr flexible Filamente nicht geeignet sind, dass sie träger auf Filamentvorschub und -Rückzug reagieren und dass Filamentbruch ein größeres Problem darstellt.

Fazit: ein starker Extruder sollte eine Übersetzung von 4:1 bis 5,5:1 aufweisen, ein gutes, scharfes Antriebsrad und ein gutes spielfreies Getriebe. Bowdenextruder sind weniger direkt in Ihrer Wirkung, daher ist am besten ein kurzer Weg zwischen Antriebsrad und Düse.

 Daneben sollte ein guter Extruder gut zugänglich sein. Es kommt öfter mal vor, dass Filament stecken bleibt, abbricht oder auch abgefräst wird, so dass man die Anpressung lösen und den Filamenstau beheben muss. Je besser die Antriebs- und Anpressmechanik zu öffnen ist, umso einfacher werden diese Eingriffe.

Zur Anpressmechanik ist wichtig, dass sie eine einstellbare Anpressung erlaubt. Meist ist eine Feder oder Tellerfedern für den Anpressdruck vorhanden, je einfacher deren Einstellung umso besser.