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Höhere Druckqualität für jeden 3D-Drucker: Extruder zum Nachrüsten
Günstige 3D-Drucker sind nicht perfekt, da die Hersteller günstige Komponenten einsetzen. Oft reichen schon kleine Verbesserungen, wie der Austausch des Extruders, um deutlich bessere Druckergebnisse zu erzielen.
In dem letzten Jahrzehnt entwickelte sich ein wahrer Kult um das Tuning von 3D-Druckern. Neben dem Austausch lauter Lüfter erfreuen sich Druckkopf- und Extruder-Upgrades großer Beliebtheit. Auf dem Downloadportal Thingiverse gibt es unzählige DIY-Druckvorlagen für etwa handliche Bedienelemente, präzise Bauteilkühlungen oder kompakte Extruder-Hotend-Lösungen. So ist es kein Wunder, dass sich auch Hersteller auf Druckererweiterungen spezialisiert haben. Sie bieten unter anderem professionelle Lösungen für Druckköpfe, Extruder, Druckbetten und Einhausungen an. Verbesserung der Druckqualität und Erweiterung das Filament-Repertoire des eigenen 3D-Druckers sind hier die primären Ziele. Kleine Warnung, es nur ein kleiner Schritt von einer erfolgreich optimierten Bauteilkühlung hin zu tagelangen Umbauaktionen.
Für diesen Praxistest haben wir viele Hersteller angeschrieben, einige mit Erfolg. An anderer Stelle hat uns der Online-Händler 3DJake mit Testgeräten ausgeholfen. Unser Dank geht auch an amerikanischen Hersteller Slice Engineering und den schwedischen Mitbewerber Bondtech.
Bestmögliche Druckqualität beruht auf vielen Faktoren. Wer seinen 3D-Drucker verbessern möchte, hat nur einen begrenzten Spielraum. Klar, manchmal ist es besser, den alten Hobel ziehen zu lassen und neu anzufangen. Doch oft auch ist die Basis, wie Rahmen und Mechanik vernünftig, und hier ist das Upgrade mit einem besseren Druckkopf und Extruder definitiv sinnvoll.
Gründe für Upgrade
Es gibt schon günstige 3D-Drucker wie den Sunlu Terminator 3 T3 (Testbericht) für unter 200 Euro. So ist es kein Wunder, dass diese Geräte nicht auf hohem Niveau gefertigt sind und die Teile nur eine mittelmäßige Qualität bereitstellen. Vor allem im Druckkopf, in dem Hitze, Druck und Reibung aufeinandertreffen, muss die Materialkombination perfekt miteinander harmonieren, um eine hohe Druckqualität zu erreichen. Je maßhaltiger und präziser der Druckkopf gefertigt ist, desto schöner und gleichmäßiger wird das Druckbild.
Einige der aus den Tests bekannten Nachteile der günstigen Druckköpfe sind:
- Der einfache Aufbau des Heatbreaks mit integriertem Teflon-Inlay. Das Verbindungselement zwischen Hot- und Coldend verschleißt mit der Zeit und lässt zudem nur Drucke bis 260° Celsius zu.
- Die nicht polierte Innenwand von günstigen Metall-Heatbreaks, die schneller zu Verstopfungen führen kann.
- Der große Abstand von Extruder zu Hotend, welcher im Fall von Bowden-Extrudern bis zu 40 cm lang ist. Das führt zu größeren Ungenauigkeiten, welche sich im Druckbild niederschlagen.
- Die unpräzise Bauteilkühlung ist oft oder zu schwach für höhere Geschwindigkeiten. Für kleine Details und Überhänge muss die Kühlung exakt und ausreichend stark sein.
Abhilfe versprechen Upgrade-Extruder zum Nachrüsten. Doch ist ein solcher Austausch für Laien überhaupt machbar? Ja, mit etwas Recherche ist der Umbau, zumindest mit den fertigen Systemen von Micro Swiss oder E3D Revo, auch ohne große Vorkenntnisse möglich.
Bilderstecke Extruder-Tausch
Allerdings sollte man ausreichend Zeit einplanen und mit dem Ausbau des alten Extruders warten – denn meist werden spezielle Druckteile benötigt. Welche Arbeitsschritte beim Umbau anfallen, zeigen wir anhand des Beispiels des Micro Swiss Direct Drive Extruders.
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
3D-Drucker: Austausch des Standard-Extruders
Testfeld
Zwar gibt es viele Extruder zum Nachrüsten, letztlich sind viele davon aber nur Kopien von anderen Herstellern. Wir haben uns auf drei beliebte Upgrade-Lösungen konzentriert. Los geht es mit einem echten Klassiker: Dem Micro Swiss Direct Drive Extruder.
Micro Swiss bietet für die Verkaufsschlager Creality Ender-3, Ender-5, Cr-10 und andere Druckermodelle einen Direct-Drive mit Dual-Gear-Antrieb und All-Metal-Hotend an. Das Konzept lautet: Es wird nur ersetzt, was nötig ist. Dafür bestehen alle Teile des Micro Swiss Hotends aus hochwertigen Legierungen. So bietet Micro Swiss für gerade einmal 125 Euro CNC-gefrästen Aluminium-Schlitten, polierte Titan-Heatbreak und Titan-Extruder-Zahnräder an.
Auch für Neueinsteiger ist der Umbau leicht zu bewältigen, da kein Kabel gelötet oder neu verlegt werden. Es müssen zwar Teile für die Bauteilkühlung gedruckt werden, aber das sollte auch mit Standard-Extruder kein Problem sein. Der Umbau dauert circa zwei Stunden und erfordert leichtes technisches Verständnis.
Die große Stärke des Micro Swiss-Hotends ist der geringe Programmieraufwand. Zwingend notwendig ist letztlich nur eine Extruder-Kalibrierung.
In Relation zu Preis und Aufwand ist die Druckqualität einfach unschlagbar. Erstens können fortan mühelos alle Filamente bis 300° Celsius und das flexible TPU verarbeitet werden. Zweitens ist das Druckbild deutlich schöner und gleichmäßiger als mit dem originalen Billig-Extruder. Drittens kann, dank doppelter Bauteilkühlung, viel schneller bei mindestens gleicher Qualität gedruckt werden.
Das nächste Modell, das Hemera Full Kit von E3D Revo, zeichnet sich durch hohen Komfort aus. Wer Hemera Extruder-Upgrades einbaut, möchte vor allem eins: Schneller drucken. Hemera hat einen eigene Luftkanalplatine entwickelt, die eine bestmögliche Kühlung des Coldend garantiert. Der hier vorgestellte Hemera Revo Druckkopf kombiniert Schrittmotor, Coldend, Lüfter und Keramik-Heizring in einem Bauteil. Zusätzlich verfügt das System über ein neues Druckdüsen-Schnellwechselsystem
Nachdem die Lösung von Hemera eine eigene Heizpatrone und Thermistor besitzt, kommt man hier nicht mehr um Lötarbeiten herum. Beide Lüfter, Heizpatrone, Thermistor und Schrittmotor benötigten in unserem Fall Verlängerungen. Selbst für spezielle Kombination von Hemera Revo und dem Drucker Twotrees Sapphire Plus (Testbericht) haben wir eine Halterung auf Thingiverse gefunden.
Auch Softwaretechnisch ist das Kit nicht zu unterschätzen. Hier sind tiefe Eingriffe in die Firmware nötig. Neben Extruder-Kalibrierung, neuem Offset muss auch der Thermistor-Wert neu definiert werden. E3D bietet zwar reichlich Hilfestellung an, dennoch sollte für den Umbau mindestens einen Tag veranschlagt werden.
Die Druckqualität ist vergleichbar mit dem des Micro Swiss Upgrades, allerdings sind bei unserem Benchy deutliche Vibrationsmuster von einem der Lüfter oder dem Motor zu erkennen.
Das nächste Modell ist eine Kombination aus selbst gedruckten Teilen und fertigen Komponenten. Wir nennen diesen Extruder das Biest. Er besteht aus Bondtech LGX Lite Extruder, Slice Engineering Mosquito Hotend, 50 Watt Heizpatrone und Thermistor PT1000.
Hier handelt es sich um echte High-End-Produkte aus Amerika und Schweden gepaart mit dem Diamond-Mount. Dieses basiert auf dem Erfinderreichtum eines 3D-Druck-Enthusiasten. Das Herzstück bildet das kompakte Mosquito-Hotend von Slice Engineering. Dank Kupferlegierung kann es bis zu 550° Celsius erhitzt werden. Hier benötigen wir entsprechend eine stärkere Heizpatrone und auch anderen Thermistor. Als Extruder-Motor empfiehlt Slice Engineering die schwedische Firma Bondtech. Das Unternehmen hat sich auf Extruder und passende Aufsätze für Hotend-Upgrades spezialisiert. Für das Mosquito Hotend bietet die Firma einen Aluminium-Adapter für ihren LGX Lite Motor an.
Für den Sapphire Plus gibt es keine vorgefertigte Lösung der Hersteller. Doch auch hier fanden wir auf Cult3D eine DIY-Lösung von Laurenzudesign.
Vorsicht ist bei der zeitlichen Planung gefragt. Wer solch einen Umbau noch nie gemacht hat, sollte gleich ein ganzes Wochenende dafür einplanen. Schon allein der Druck aller benötigten Teile nimmt einen ganzen Tag in Anspruch. Es werden zusätzliche Teile, wie Einpressmuttern, Schrauben und Werkzeug wie ein Lötkolben benötigt.
Richtig anspruchsvoll ist hier die Einrichtung der Software. Zunächst mal mussten wir auf eine abgeänderte Firmware des Sapphire Plus von RolfZuckowskiUltras bei Github zurückgreifen. Dennoch benötigten wir mehr als einen Tag, bis alles funktionierte. Der Extruder-Motor benötigt eine geringere Motorspannung, diese wurde am Mainboard mithilfe eines Multimeters zwischen 0,6 bis 0,8 Volt gedrosselt. Zudem mussten E-Steps und Microsteps in der Firmware geändert werden. Die Kabelbelegung des LGX Lite und des Robin Nano V1.2 Boards sind unterschiedlich, also half hier nur herumprobieren, bis der Motor lief. Auch mussten unter anderem Offset und Thermistor-Werte neudefiniert werden.
Die Kombination aus hochwertigen Bauteilen und der akribischen Konstruktionsleistung ist zwar extrem aufwändig in der Umsetzung, das Ergebnis überzeugt aber voll. Der Extruder auf Basis von Laurenzudesign ergab in unserem Test das insgesamt beste Druckbild.
Preis
Die vorgestellten und getesteten Extruder-Upgrades kosten 125 bis 300 Euro und sind etwa beim 3D-Drucker-Spezialisten 3DJake erhältlich. Zwar brachten alle getesteten Modelle Vorteile gegenüber dem originalen Extruder, der Qualitätsunterschied beim Modell von E3D Revo war hinsichtlich der investierten Arbeit aber eher enttäuschend. Hier war das Ergebnis mit dem Extruder von Micro Swiss trotz des niedrigeren Aufwandes besser. Die Kombination aus Bondtech LGX Lite Extruder und Slice Engineering Mosquito Hotend brachte den größten Qualitäts- und Geschwindigkeitsvorteil. Der Umbau ist allerdings sehr aufwändig und sollte nur mit entsprechender Erfahrung vorgenommen werden.
Den Direct Drive Extruder von Micro Swiss gibt es für etwa 125 Euro. Das Hemera Full Kit von E3D Revo gibt es ab etwa 183 Euro. Die dritte Lösung besteht aus sechs Einzelelementen und kostet in Summe 290 Euro. Da es die Extruder in der Regel in unterschiedlichen Varianten gibt, muss man beim Kauf genau auf die benötigten Spezifikationen achten. Neben unterschiedlichem Filament-Durchmesser sind die Extruder sowohl für 12-Volt-Mainboards als auch für 24-Volt-Anschlüsse verfügbar.
Fazit
In Bezug auf Geschwindigkeit und Druckqualität ist das Update mit einem hochwertigen Extruder sinnvoll, zumindest bei günstigen Druckern. Extruder-Austausch und Software-Tuning haben uns durchschnittlich ein bis zwei Tage gekostet. Es gibt einige Faktoren, die Umbauzeiten unnötig verlängern. Nicht so bekannte Druckermodelle haben kleinere Communitys und daher nur unausgereiftere DIY-Lösungen. Bei allen Druckern wurden zusätzlich BL-Touch und beim CR-10 sogar ein neues Mainboard (BTT SKR V1.4 Turbo) eingebaut. Wer solche großangelegten Upgrades machen möchte, sollte sich zuvor ausreichend im Internet informieren, um Frust zu vermeiden. Fast immer gibt es jemanden, der vor ähnlichen Problemen stand.
Letztlich haben wir nach dem Tuning drei 3D-Drucker, die jetzt deutlich bessere Druckergebnisse abliefern und sogar hochindustrielle Kunststoffe wie PEEK oder PEI verarbeiten könnten. Im Großen und Ganzen war der Umbau zwar zeitaufwendig und nervenaufreibend, aber auch spannend und unterhaltsam. Ganz klar, Micro Swiss Upgrades sind für Neueinsteiger die beste Wahl. Hemera ist die sexy Komfortvariante für Fortgeschrittene und Slice Engineering/Bondtech die Profi-Variante mit tollen Ergebnissen aber viel Eigeninitiative und Vorlaufzeit.
Wer nicht basteln und nachträglich Tunen möchte, sollte gleich zu einem Drucker im mittleren Preissegment greifen. Hier kommen etwa Elegoo Neptune 3 Plus (Testbericht) und Anycubic Kobra Neo (Testbericht) infrage. Weitere Einzeltests und unsere Top 10 der besten FDM-Drucker zeigen wir in der Themenwelt 3D-Drucker.
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