FranzisMendel – 3D-Drucker im Eigenbau

Der Hype um 3D-Drucker ist in den letzten Jahren immer mehr gewachsen. Anfangs waren die 3D-Drucker noch relativ teuer und deswegen für den Privatgebrauch eher ungeeignet. Aber mit der Zeit stieg das Angebot an 3D-Druckern was den Preis in bezahlbaren Bereichen fallen lies. Einsteiger Modelle fangen bereits bei 200 - 300€ an. 

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Nur leider ist die Verarbeitungs- und Druckqualität der Drucker in dieser Preiskategorie noch nicht optimal. Auch die Möglichkeit der Aufrüstung ist eher schlecht. 

Auch mein Interesse an einem 3D-Drucker wurde immer größer. Für mich als kleiner Do-it-Yourself-Freund kam jedoch ein Fertig-Bausatz nicht in Frage. Ich wollte tiefer in das Thema 3D-Drucker ansteigen und wissen wie so ein 3D-Drucker funktioniert. Bei einem Selbstbau 3D-Drucker ist zudem der Vorteil, dass man einzelne Komponente einfacher austauschen kann und den Funktionsumfang somit leicht vergrößern kann. Auch der finanzielle Aspekt spricht für den Selbstbau-Drucker. Während man für einen guten 3D-Drucker mindestens 600-800€ ausgeben sollte, kann man einen gleichwertigen 3D-Drucker schon für knappe 300€ selber bauen.

FranzisMendel - Ein Buch als Helfer

Da meine Kenntnisse in diesem Bereich noch relativ gering sind, habe ich mich ein bisschen in der 3D-Drucker-Community rumgehorcht und bin auf ein das Projekt "FranzisMendel" gestoßen. Der Selbstbau-Drucker ist relativ leicht zu bauen und lässt sich gut aufrüstet bzw. bei Defekten reparieren. Das Grundgerüst besteht aus Holz, was die Bearbeitung zusätzlich erleichtert.

Ich habe mir für den Bau das Buch "3D-Drucker selber bauen. Machs einfach.: Alles für den eigenen 3-D-Drucker: Sägen - Schrauben - Drucken. Schritt für Schritt." gekauft. Der Autor Daniel Walter erklärt in seinem Buch Schritt für Schritt den Bau eines 3D-Druckers. Alle benötigten Bauteile bekommt man problemlos im Fachhandel vor Ort oder Online. Je nach Bezugsquelle kann man seinen eigenen 3D-Drucker schon für ca. 250€ bauen. 

3D-Drucker selber bauen. Mach's einfach: Alles für den...
Daniel Walter - Herausgeber: FRANZIS Verlag GmbH - Auflage Nr. 2 (13.05.2016) - Taschenbuch: 260 Seiten
30,00 EUR

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Warum das Buch?

Wenn ihr auch mit dem Gedanken spielt, einen eigenen 3D-Drucker zu bauen, kann ich euch das Buch nur empfehlen. Die einzelnen Schritte sind sehr gut bebildert und alle benötigten Sägeskizzen und Bauteillisten kann man sich online herunterladen. Zusätzlich gibt der Autor kleine Tips beim Umgang mit Säge und Bohrer, damit auch den weniger handwerklich Begabten der Bau gelingt. Zudem sind alle verwendeten Bauteile gut zu bekommen und der Drucker baut auf die Drucker-Steuerung RAMPS auf, welche eine große Community aufweist.

Der Blogleser unter euch, der sich schon etwas mit dem Thema "Selbstbau-Drucker" auseinander gesetzt hat, wird bestimmt schon online kostenlosen Anleitungen ​gefunden haben und fragt sich, warum man sich ein Buch dafür kaufen sollte. 

Diese Frage lässt sich leicht beantworten. das Buch vermittelt nicht nur den einfachen Aufbau eines 3D-Druckers, sondern vermittelt auch die Funktion der einzelnen Baugruppen. Man lernt somit nicht nut wie man einen 3D-Drucker aufbaut, sondern bekommt auch die Funktionsweise eines 3D-Druckers vermittelt. Des Weiteren wird einem bei der Kalibrierung und Justierung geholfen und erklärt, wie man die Software auf den 3D-Drucker abstimmt. Des Weiteren spart die kompakte Form des Buches ein lästiges zusammen suchen im Internet. Man kann alle benötigten Arbeitsschritte bereits vor einem liegen. 

Vorbereitung und Planung

Ich empfehle euch bevor ihr anfangt den 3D-Drucker zu bauen, euch einmal das Buch komplett durch zulassen. Dies verhindert einige Überraschungen beim späterem Bau und ermöglicht euch vor allem ein vorausschauenderes Bauen. Des Weiteren könnt ihr euch bereits beim Lesen Gedanken machen, wo ihr welche Materialien bzw. Bauteile verwenden wollt. Dies ermöglicht ein besseres Planen der "Einkaufsliste".

Kosten

Die Aussage, dass man seinen eigenen 3D-Drucker für unter 250€ bekommt ist meiner Meinung nach ​jedoch etwas zu optimistisch. Nur durch die Verwendung von einfachen Materialen und Bauteilen (besonders mit Hinblick auf Druckkopf und Extruder) und inkaufnahme von langen Lieferzeiten (Versand aus China) kommt man ungefähr auf 250€. 

Ich persönlich kam auf etwas über 400€. Ich habe aber auch den teuren Bulldog XL Extruder verwendet und versucht auf Bestellungen im Ausland zu verzichten. 

Bezugsquelle

Im Buch befindet sich eine ausführliche Bauteilliste. Ich habe das meiste bei eBay gekauft. Fündig wurde ich vor allem beim eBay-Shop "Roboter-Bausatz".

Meine komplette Einkaufsliste mit Bezugsquellen könnt ihr hier downloaden.​

Der Aufbau

Das Grundgerüst des 3D-Druckers wird aus Holz aufgebaut. Alle benötigten Sägeskizzen kann man sich auf der Verlagsseite des Buches herunterladen. Das Grundgerüst selber ist relativ einfach aufzubauen. Einzig die Halterungen für die Wellenstangen erfordern ein bisschen handwerkliches geschickt und entsprechendes Werkzeug. Hier ist es unbedingt erforderlich rechtwinkelig zu sägen und zu bohren. Abweichungen im Millimeterbereich führen bereits dazu, dass der Druckknopf später nicht gerade läuft und somit die Druckqualität mindert bzw. das Drucken fast nicht mehr möglich macht. 

Die Elektronik baut auf die Arduino-Erweiterung Ramp auf. Sie ist sehr kostengünstig und einfach einzurichten. Des Weiteren gibt es kostenlose Software für den Computer (Mac / Windows / Linus) um mit der Steuerungselektronik kommunizieren zu können. 

Einrichtung und Konfiguration

Hat man den Drucker erfolgreich zusammen gebaut kann mit der Einrichtung und der Konfiguration begonnen werden. Auch diese Schritte sind im Buch sehr gut beschrieben und ermöglichen ein schnelles Einrichten und Konfigurieren für den ersten Probedruck. 

Als Software kommt "Repetier-Host" zum Einsatz. Die Software lässt sich kostenlos für Windows, Mac und Linux aus dem Internet herunterladen. Ich verwende die Version für Mac. Im Buch wird die Windows-Version verwendet. Dennoch können die Schritte so gut wie eins zu eins in Mac übernommen werden.

Die Software ermöglicht eine manuelle Steuerung des Druckers was beim Einrichten und Konfigurieren des Druckers sehr hilfreich ist. Es lässt sich unteranderem der Druckkopf in den einzelnen Richtungen bewegen, die Heizungen An- und Ausschalten sowie Temperatur der Sensoren auslesen. Um die Funktion der einzelnen Baugruppen testen zu können also perfekt.  

Als Slicer empfiehlt der Autor "Cura". In der Windows-Version kann "Cura" direkt in der Host-Software eingerichtet und bedient werden. In der Mac-Version geht dies leider nicht. Hier muss "Cura" manuell heruntergeladen werden und getrennt vom Host bedient werden. Der Slicer erstellt von 3D-Zeichnungen (STL-Dateien) den sogenannten G-Code. Dieser G-Code enthält sozusagen den "Druckweg", wie sich der Drucker zubewegen hat. Der Slicer "schneidet" also die 3D-Zeichnungen (STL-Dateien) in einzelnen Schichten und erzeugt Koordinaten und Einstellungen zum Drucken. Der dort erstellte G-Code kann dann in der Host-Software geladen werden. 

In der Host-Software kann dann das Drucken gestartet werden. 

Mein eigener FranzisMendel 3D-Drucker

Ich konnte mit Hilfe der Anleitung relativ problemlos den 3D-Drucker aufbauen. Ich fand alle Schritte ausreichend beschrieben und bebildert und konnte mit allen Anweisungen etwas anfangen. Auch das Besorgen der Bauteile ging problemlos. Hat man alle Bauteile besorgt, kann man den Aufbau gut an einem Wochenende bewerkstelligen. 

Im folgenden ein paar Impressionen die beim Bau des 3D-Druckers entstanden sind. Zum Vergrößern einfach auf das Bild klicken. 

Grundgerüst und Tray

Auf diesem Bild ist das Grundgerüst mit dem Tray für das Druckbett zu sehen. 

fertige Achsen mit Druckkopf und Extruder

Hier ist bereits das Heißbett installiert. Des Weiteren sind die Führungen für die drei Achsen fertig und der Druckkopf mit dem Bulldog-XL Extruder.

Motor x-Achse

Hier ist der Motor für die x-Achse zu sehen. Mit Hilfe eines Zahnriemens wird der Druckkopf bewegt.

Linearführung x-Achse

Hier sieht man die Linearführung für die x-Achse mit dem Halter für den Druckkopf.

Bowden-Technik

Hier ist der Druckkopf zu sehen mit dem Teflonschlauch zum Extruder - Bowden-TEchnik

Extruder

Hier ist der Extruder zu sehen. Hier kommt der Teflonschlauch vom Druckkopf an.

Kabelsalat

Ankunft der Kabelenden für die Steuerung

Voll-Grafik-Display

Das Voll-Grafik-Display für ein Computerloses Drucken

Anschluss an der Steuerung

Hier sind bereits ein paar Leitungen an der Steuerung angeschlossen.

Halterung für Filament

Hier wird später die Rolle mit dem Filament untergebracht

Abweichungen gegenüber der Buch-Anleitung

Auch wenn die Anleitung sehr gut ist, gab es ein paar Dinge, die ich anders gemacht habe. Im folgenden werde ich die von mir vorgenommenen Änderungen beschreiben und warum ich dies gemacht habe.

Position der Motoren für die z-Achse

Die Motoren der z-Achse sind laut dem Buch zwischen der Linearführung der z-Achse (also die Stahlstange) und dem Tray der y-Achse anzubringen. Die Motoren der z-Achse steuern die beiden Gewindestangen, die Wiederrum dafür sorgen, dass der Druckkopfhalter nach oben und unten bewegt werden kann

Damit die Motoren auch problemlos die Gewindestangen drehen können, sollten sich diese natürlich genau unter diesen Stangen ​befinden. In meinem Fall waren die Motoren dann jedoch dem Tray für die y-Achse im Weg. Ich habe sie deswegen erhöht auf einen kleinen Holzklotz angebracht, damit der Tray unter ihnen durch fahren kann. 

Einstellung der Temperatursensoren

In der Configuration.h wird die Konfiguration des Druckers eingestellt. Unter anderem auch die Temperatursensoren. Laut dem Buch soll der TEMP_SENSOR_2 auf -1 gesetzt werden. In meinem Fall führte dies jedoch zu Problemen beim Kompilieren, weswegen ich den Wert auf 0 gesetzt habe.

#define TEMP_SENSOR_0 60
#define TEMP_SENSOR_1 0
#define TEMP_SENSOR_2 0
//define TEMP_SENSOR_3 0
//define TEMP_SENSOR_4 0
#define TEMP_SENSOR_BED 60

Default max feedrate

Die manuelle Steuerung hat bei mir von Anfang an perfekt geklappt. Alle Motoren hatten die richtige Drehrichtung und die Endstops haben auch perfekt funktioniert. Auch die Stromstärke der Motortreiber konnte ich relativ schnell auf den optimalen Wert einstellen. Einzig das Homing, also das Fahren der Motoren auf die Ausgangslage hat nicht geklappt. Während die x- und y-Achse ordnungsgemäß auf Position 0 gefahren sind, hat die z-Achse sofort angefangen zu brummen, obwohl das manuelle Steuern zu Ausgangsposition klappte. 

Gelöst hat das Problem erst das Einstellen der maximalen "feedrate" auf 1. Also die Geschwindigkeit in mm/s.

/**
* Default Max Feed Rate (mm/s)
* Override with M203
* X, Y, Z, E0 [, E1[, E2[, E3[, E4]]]]
*/
#define DEFAULT_MAX_FEEDRATE { 300, 300, 1, 25 }

Aktueller Stand

Anfangen mit der Planung und dem Besorgen der Bauteile habe ich Anfang Juli 2017. Anfang August war der 3D-Drucker dann fertig und ich habe mich gefreut endlich etwas drucken zu können. Leider hatte ich mich zu früh gefreut. Die Einstellungs- und Kalibrierungsphase ist doch recht aufwendig. Nachdem nach paar Wochen immer noch kein ordentlicher Druck entstehen wollte, verlor ich zunächst die Interesse an den Drucker. Alle paar Wochen packte ich ihn dann wieder aus und probierte es erneut. Bis heute kam jedoch kein ordentlicher Druck zustande. Die Düse verstopft leider immer wieder. 

Ich habe mich nun dennoch dazu entschlossen diesen Beitrag zu veröffentlichen. Vielleicht baut jemand von euch diesen Drucker auch und kann mir dann ein paar Tipps geben.

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Stefan

Den Drucker habe ich auch 2016 gebaut, auch nach dem Buch…
Bin super zufrieden, habe allerdings sehr viele Teile aus Aluminium gemacht statt aus Holz