3D Druck Druckfehler Druckabbruch - mögliche Ursachen

TL;DR

Die meisten Druckfehler entstehen durch drei Parameter, die bei jedem 3D Drucker zuerst eingestellt werden sollten. Extrusionsmenge (E-Steps), Non Linear Extrusion und Filamentfeuchtigkeit sind die wichtigsten Faktoren im FFF 3D Druck und bilden die Grundlage für einen erfolgreichen Druck. Nahezu jeder Druckfehler kann durch diese Parameter entstehen, daher sollten diese am Anfang jeder Fehlersuche stehen. 

Checkliste für jeden 3D Druck:

  • Nozzle Größe richtig (Slicer und im Drucker verbaut)
  • Nozzle Zustand i.O.
  • Nozzle sauber
  • Drucker mechanisch i.O.
  • Filament wurde getrocknet (im Zweifel trocknen mit ca. 5°C unterhalb Viskaterweichungstemperatur für mind. 4h, siehe Datenblatt Filament)
  • Filament sauber
  • Richtiges Filamentprofil eingestellt (Slicer und Drucker)
  • E-Steps eingestellt (Vorher Pressure Advance auf 0 setzen! Duet: M572 D0 S0)
  • Non Linear Extrusion eingestellt (Vorher Pressure Advance auf 0 setzen! Duet: M572 D0 S0)
  • Retraction eingestellt
  • Pressure Advance eingestellt (Duet: üblicherweise M572 D0 S0.0-0.3)

 

E-Steps

Die Einstellung der Extrusionsmenge wird am Drucker über die E-Steps vorgenommen und ist die Grundlage für einen gut eingestellten Drucker. Die E-Steps geben an, wie viele Schritte der Extrudermotor pro mm Filament drehen muss. Sind diese falsch eingestellt, wird der Drucker nicht die geforderte Menge Filament verarbeiten und es entsteht eine Über- oder Unterextrusion.

Eine Overextrusion führt zu Bauteilen mit zu großen Dimensionen, Stringing (Fäden ziehen), Blops (Tropfenbildung) und typisch unsauberen Toplayern.

Eine Underextrusion zeichnet sich durch Toplayer mit Lücken, mangelnde Lagenhaftung und schlechte mechanische Eigenschaften aus.

Verschiedene Filamente benötigen verschiedene Werte, unter anderem aufgrund von Durchmesserabweichungen und der Oberflächenhärte des Filaments. Beispielsweise dringen in ein weicheres Filament die Zähne der Fördereinheit tiefer ein, somit verkleinert sich der effektive Radius des Zahnrades. Die E-Steps sollten auf +-0,5% dem Sollwert entsprechen und wiederholbar sein. 

Weitere informationen zum Kalibrieren der E-Steps

Non Linear Extrusion (kurz: NLE)

Die NLE ist der elementarste Faktor, der bei den meisten schlechten Druckergebnissen zuerst kontrolliert werden sollte. Diese Werte dienen dazu, den mit der Extrusionsgeschwindigkeit nicht linear ansteigenden Volumenfluss zu kompensieren.

Im Slicer kann im Platter sowohl Verfahrgeschwindigkeit, als auch die volumetrische Flussrate eingesehen werden. Oftmals zeigen sich schlechte Ergebnisse über den gesamten Druck, manchmal aber auch nur in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen. Sind die E-Steps korrekt eingestellt, die NLE aber nicht, könnte beispielsweise in den höheren Geschwindigkeitsbereichen eine Unterextrusion auftreten. Diese wird ersichtlich bei unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen während des Drucks durch unregelmäßige Oberflächen in den Perimetern (Kontur), Toplayern (Deckschichten), dem Infill oder auch beim Bridging. Bei einer Unterextrusion zeigen sich nicht verbundene Bahnen, verringerte Maßhaltigkeit, Einschnürungen bis hin zu Extrusionsabrissen.

Sämtliche Einstellungsversuche anderer Parameter können in diesem Fall zwar zum erfolgreichen Druck führen, lassen sich aber nicht auf andere Drucke übertragen. Ziel sollte es immer sein, dass der Drucker linear über alle Geschwindigkeitsbereiche extrudiert, und danach sollten Parameter, wie Bridging Flowrate oder auch Abstände, Linienbreiten oder auch ein Overlap (Infill/perimeter encroachment) eingestellt werden.

Die richtige Grundeinstellung erleichtert zudem alle nachfolgenden Schritte.

Feuchtigkeit

Kunststoffe, die im 3D Druck verwendet werden, sind hygroskopisch (saugen Feuchtigkeit auf, ausgenommen PP und PE) und verändern damit maßgeblich ihre Eigenschaften im Extrusionsverhalten. Mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt des Filaments verliert der Hauptteil der Druckobjekte stark an Festigkeit und Schlägzähigkeit, spröde Bauteile und schlechte Zwischenlagenhaftung sind die Folge. Bis auf spezielle Ausnahmen (beispielsweise einige Sorten PP), sollten Filamente immer vor der Verwendung getrocknet werden, bei ca. 5° unter der Glasübergangs- bzw. Erweichungstemperatur (siehe Datenblatt, Achtung: PLA kann kristallisieren). Ein erstes Warnzeichen ist meist das Laufen/Tropfen von Material aus der Nozzle bei stillstehendem Extruder und im Druck Stringing (Fäden ziehen), sowie hörbares Verdampfen von Feuchtigkeit (Knistern). Dieses Stringing durch Nässe wird zumeist selbst mit extremen Retractionwerten (Rückzugswerte) und sehr niedriger Drucktemperatur nicht zu beseitigen sein. Bauteile, die mit nassem Filament gedruckt wurden haben schlechtere mechanische Eigenschaften und ungleichmäßige Oberflächen. Für konstante Ergebnisse, vor allem im Großformat 3D Druck Bereich, empfiehlt es sich das Filament nach der Trocknung in einer Trockenbox zu lagern, auch während des Drucks. 

Auswahl des Filaments

Verschiedene Filamentzulieferer zeigen bei dem gleichen Werkstoff oft deutlich abweichende Eigenschaften und nötige Verarbeitungsparameter. Dies ist zurückzuführen auf unterschiedlich lange Molekülketten der Kunststoffe und damit Eignung für den 3D Druck, sowie Additive wie Glykol. Stark abstrahiert: Je länger die Moleküle sind, desto höher ist deren Schmelzwärme, es muss also mehr Energie eingetragen werden, um in den Schmelzbereich zu gelangen.

Ein Maß für die Flussfähigkeit von Kunststoffschmelzen ist die Meltflowrate (kurz: MFR). Je höher der Wert, desto dünnflüssiger die Schmelze.

Üblicherweise besitzen Kunststoffe für den Spritzguss und 3D Druck eher hohe Meltflowrates, Kunststoffe für die Strangextrusion von bspw. Fensterprofilen eine sehr niedrige Meltflowrate und damit auch eine höherviskose und formstabilere Schmelze.

Falls sie Schwierigkeiten haben ein gut druckbares Filament zu finden, sprechen sie uns an.

Pressure Advance

Das Einstellen des Pressure Advance beeinflusst das Extrusionsverhalten nach einer Verfahrbewegung mit Extrusion und soll die Elastizität des Filaments kompensieren. Wird der Wert gesteigert, verringert sich die Extrusion in der Abbremsphase des Extruders. Es empfiehlt sich hierbei einen Würfel ohne Infill mit einem Perimeter zu drucken und hierbei den Pressure Advance Wert von 0 an langsam zu steigern, bis die Ecken noch spitz/scharf sind. Nahtstellen werden maßgeblich durch diesen Parameter (und geringer durch die Retraction) beeinflusst. Üblicherweise befindet sich der S Wert bei Directdrive Extrudern zwischen 0-0.3. Zuerst sollte hierbei die Zehntelstelle eingestellt werden und dann die Hundertstelstelle.

Lexikon Druckfehler

Overextrusion (Überextrusion)

  • E Steps zu hoch eingestellt
  • Non Linear Extrusion (a und b Werte zu hoch eingestellt)
  • Extrusion Multiplier im Slicer (Extrusion sollte nur über obige Werte eingestellt werden und der Extrusion Multiplier steht hierbei auf 100% bzw. 1)
  • Extrusion Multiplier in Maschinensteuerung (nicht auf 100%)
  • Falscher Düsendurchmesser im Slicer ausgewählt

Underextrusion (Unterextrusion)

  • E Steps zu gering
  • Non Linear Extrusion (a und b Werte zu niedrig eingestellt)
  • Extrusion Multiplier im Slicer (Extrusion sollte nur über obige Werte eingestellt werden und der Extrusion Multiplier steht hierbei auf 100% bzw. 1)
  • Falscher Düsendurchmesser im Slicer ausgewählt
  • erhöhte Reibung des Filaments in der Zufuhr (PTFE Schläuche usw.)
    Nur wenn obige Werte i.O.:
  • Zu hohe Druckgeschwindigkeit
  • Maximaler Volumenfluss für diesen Extruder erreicht (deutlich erhöhte Drucktemperatur kann bei sehr hohen Geschwindigkeiten nötig werden)

Layer haften nicht aneinander

  • Falsche Drucktemperatur 
    • Zu geringe Nozzletemperatur
    • Zu hohe Kühlrate
    • Zu hohe Nozzletemperatur (Material verbrennt/verkohlt)
  • Restmaterial alten Filaments in Nozzle

Druck bricht an bestimmter Stelle ab

  • Fehlstelle im Slicer bestimmen 
    • Welches Feature führt zum Abbruch (Infill, Bridging, Perimeter/Kontur usw.)
  • Im Slicer Volumenfluss und Kühlrate bestimmen 
    • Prüfen ob Extruder mit diesem Material an seine physikalische Grenze kommt 
    • Volumenflussrate oder Druckgeschwindigkeit an dieser Stelle verringern
  • Zu viele Retraktionbewegungen innerhalb kurzer Zeit vermeiden durch Slicereinstellungen (Extruder grindet/rutscht auf Filament)

Support fällt ein

  • Unterextrusion im Support (Volumenflussgrenze)
    • zu hohe Druckgeschwindigkeit des Supports
  • Maximales Schichtdicke des Extruders zu groß gewählt (max. ca. 75% der Nozzle in mm, bspw. max. 0,45mm bei 0,6mm Nozzle

Layer liegen nicht aufeinander

  • Non Linear Extrusion nicht korrekt
  • Zu hohe Geschwindigkeit (Mechanik)
  • Zu hohe Schichtdicke (zu geringe Lagenhaftung)
  • Kühlrate falsch (zu hoch oder zu niedrig)
  • Zu geringe Wandstärke

Support lässt sich nicht lösen

  • Overextrusion (Überextrusion)
  • Z Abstand Support nicht korrekt
  • XY Abstand Support nicht korrekt (zuerst Z Abstand einstellen)

Ecken nicht scharf

  • Pressure Advance Wert zu niedrig: Ecken nicht scharf, Wölbung nach außen
  • Pressure Advance Wert zu hoch: Radius nach innen verkürzt ("Kurve geschnitten")
  • Zu geringe Kühlrate
  • Zu schnelle Druckgeschwindigkeit / Beschleunigung

Warping (Ablösen des Druckobjekts vom Druckbett)

  • Materialpaarung Filament/Druckunterlage nicht passend
    • Haftvermittler verwenden (bspw. bei "FormFutura" Tabelle einsehbar für verschiedene Materialpaarungen)
  • Druckunterlage verunreinigt bzw. fettig (idealerweise nie berühren)
  • Geschwindigkeit Frist Layer zu hoch
  • Druckbetttemperatur nicht korrekt (meist zu niedrig)
  • Bauraumtemperatur zu gering
  • Konstruktionsbedinge Eigenspannungen im Bauteil ungünstig
    • Infillart erzeugt Zugspannungen im Bauteil
    • Druckorientierung prüfen (evtl. auf Kante stellen)
  • Auflagefläche des Bauteils zu gering (Brim nutzen)

Stringing

  • Filament ist nicht trocken (Filament sollte trocken gelagert werden und vor dem Druck ausreichend lange getrocknet werden
    • PA kann bspw. nach 6-8h wieder nass sein -> Trockenbox nutzen

Nur wenn Filment trocken:
  • Nozzletemperatur zu hoch
  • Retraction nicht i.O. (Richtwert ca. 0.4-1mm)

Toplayer unsauber 

  • Overxtrusion (zu viel Material)
  • Underextrusion (zu wenig Material)
  • Anzahl Toplayer zu gering (Löcher sichtbar, aufgestelltes Material)
  • Overlap im Slicer n.i.O.
  • Mechanik: Wechselspiel bspw. zu groß 
  • Nozzle Durchmesser prüfen

First Layer nicht korrekt 

  • Underextrusion/Overextrusion
  • Abstand Nozzle/Druckbett nicht korrekt (Z-Höhe oder IR Probe)
  • Heightmap nicht korrekt
  • First Layer Height falsch eingestellt (max. 75% Nozzledurchmesser als Lagerhöhe)
  • Zu hohe Geschwindigkeit des First Layer

Bridging funktioniert nicht

  • Filament nass
  • Kühlung zu gering
  • Bridging Flowrate (Testobjekte des "SuperSlicer" empfehlenswert)
  • Bridging Speed 
  • Bridging "Anchor solid infill - Bridging" zu gering

Wellen in Perimetern (horizontal bzw. X-Y)

  • Durchmesserschwankungen
  • Extrudertemperatur zu gering 
  • Überhitzung des Extrudiertem Kunststoffs in geringen Lagenvolumina/Layerzeiten
  • Zu wenig Kühlung
  • Layertime zu gering, kann im Slicer auf einen Mindestwert gesetzt werden
  • Schwingungen / Lose in Druckermechanik
  • Steppermotoren oder Riementrieb schwingen 

Layershift

  • Schrittverlust in X/Y, meist durch (leichten) Crash mit Infill, Solidinfill ist hierbei oft problematisch und kann im Slicer in der Art passend eingestellt werden. (Z-Hop kann vergrößert werden, verlängert aber die Druckzeit)
  • Overhang
    • Größeren Düsendurchmesser verwenden
    • Geringe Lagenhöhe
    • Kühlrate zu gering (Material mit wenig Warping)
    • Kühlrate zu hoch (Material viel Warping)
  • Idealerweise werden diese Fehler durch "Additives Denken" in der Konstruktion vermieden, bspw. indem Overhangs auf max. 45° begrenzt werden, oder das Infillpattern genügend halt für ein Solidinfill bietet.
    • Overhangs zwischen 50-89° vermeiden
  • Zu hohe Beschleunigungswerte des Druckers, zu geringer Motorstrom, oder zu hohe Motortemperatur führen zu vermindertem Drehmoment der Motoren und begünstigen im Kontaktfall den Schrittverlust.

Nozzle verstopft (PLA "Coldpull" Reinigung) -> plötzliche Underextrusion

  • Alte Filamentreste, eines anderen Werkstoffs in der Nozzle (meist mit höherer Schmelztemperatur als das aktuelle Filament)
  • Verunreinigungen, wie Metallspäne durch unsaubere Handhabung des Filaments

Perimeter sind nicht homogen mit steigender Z Höhe

  • Non Linear Extrusion nicht korrekt 
  • Extrusion für verschiede Feature Typen falsch eingestellt
  • Mechanik

 

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