Wie kalibriere ich einen 3D Drucker? - Schwerpunkt Filament

TL;DR

Für maßhaltige Objekte ist ein kalibrierter 3D Drucker die Grundvoraussetzung. Nachdem die Maschine geometrisch kalibriert ist, gilt es das Extrusionssystem zu kalibrieren. Der Extruder sowie das Filament müssen eingestellt sein. Dabei reicht es nicht aus, bloß die E-Steps einzustellen und den Filamentdurchmesser zu überprüfen. Das Extrusionsverhalten ist nichtlinear und diese Nichtlinearität muss über den gesamten Druckbereich erfasst und eingestellt werden.

Einleitung

Für maßhaltige Objekte ist ein kalibrierter 3D Drucker die Grundvoraussetzung. Nachdem die Maschine geometrisch kalibriert ist, gilt es das Extrusionssystem zu kalibrieren. Ein wichtiger Faktor ist der Extruder, oft wird jedoch dem Filament nur eine untergeordnete Rolle zugesprochen und es wird lediglich der Filamentdurchmesser ermittelt und berücksichtigt.

Der Druck der in der Düse entsteht, wirkt gegen die Vorschubbewegung des Extruders. Dieser nimmt vereinfacht gesagt mit der Vorschubgeschwindigkeit des Filaments zu. Daher ist die nachfolgende Methode Filament, Temperatur und Düsendurchmesser abhängig und muss entsprechend für unterschiedliche Filamente und Düsendurchmesser durchgeführt werden. Wir speichern diese Profile im Drucker wie folgt ab, PETG-0.6mm, PETG-0.8mm usw.

 Kalibrierablauf

  1. Vorbereitung
  2. E-Steps einstellen
  3. E-Steps über den gesamten Druckbereich ermitteln
  4. Nichtlinearität kompensieren
  5. Einstellungen validieren
  6. Einstellungen dauerhaft im Filamentprofil speichern

1. Vorbereitung Filament kalibrieren

Der Gegendruck ist wie bereits gesagt von dem Düsendurchmesser abhängig und kann vereinfacht so ausgedrückt werden, je kleiner der Durchmesser desto größer der Gegendruck. Weiterhin ist der Gegendruck von der Temperatur der Druckdüse abhängig. Daher stellen wir für die Kalibrierroutine die geringste später beabsichtigte Drucktemperatur für das entsprechende Filament ein. Zum Beispiel ist die vom Hersteller empfohlene Temperatur für PETG 235 °C bis ca. 260 °C, wir werden später aber minimal mit 240 °C drucken, daher wählen wir 240 °C als Temperatur für unser weiteres Vorgehen.

Wichtig Kompensationsmethoden wie Pressure Advance oder Linear Advance müssen ausgeschaltet sein. Mit dem Befehl M572 D0 S0 schalten Sie Pressure Advance auf unseren Duet Boards mit RepRap Firmware aus.

2. E-Steps einstellen

Zunächst einmal gilt es die Frage zu beantworten was E-Steps sind. Dem Extruder ist in der Maschinensteuerung der Buchstabe E als Achsenbezeichnung zugewiesen. Bei mehreren Extrudern E0, E1 usw. und Steps ist englisch für Schritte, dies geht auf die überwiegend verwendeten Schrittmotoren mit einer Step/Dir bzw. Schritt und Richtungsansteuerung zurück. Die E-Steps sagen entsprechend aus, wieviele Schritte der Schrittmotor des Extruders zurücklegen muss, damit das Filament 1mm bewegt wird.

 Unsere Methode zur Kalibrierung der E-Steps umfasst folgende Schritte:

  1. Den PTFE-Schlauch vom Filamentsensor zum Extruder auf der Seite des Extruders herausziehen.
  2. Das Hotend auf die gewünschte Temperatur einstellen, z.B. PETG 240 °C
  3. Vorsichtig eine Markierung mit dem Messschieber in einer Entfernung von 120 mm von der Auflagefläche in das Filament einritzen
  4. 100 mm Filament mit 30 mm/min oder 0,5 mm/Sek. Vorschub mit dem Befehl G1 E100 F30 extrudieren
  5. Den Abstand zwischen der Auflagefläche und der Markierung messen und notieren
  6. Die Schritte 3 bis 5 drei Mal wiederholen und den Mittelwert über alle drei Messungen bilden
  7. Mit M92 den aktuellen E-Step Wert ausgeben lassen
  8. Neuen E-Step Wert berechnen, E_neu = (E_alt / (120 - 'Wert aus Schritt 6') * 100)
  9. Neuen E-Step Wert temporär mit dem Befehl M92 E<Wert aus Schritt 8> z.B. M92 E830.5 aktivieren und Schritte 3 bis 6 zum Validieren wiederholen, falls der gemessene Wert im Bereich von 19,8 - 20,5 mm liegt mit Schritt 10 fortfahren andernfalls Schritte 7 und 9 erneut ausführen.
  10. Ermittelten E-Step Wert in der Filament config.g unter Filaments/<Filament Name und Düsendurchmesser>/config.g mit dem Befehl M92 E<ermittelter E-Step Wert> abspeichern.

3. E-Steps über den gesamten Druckbereich ermitteln

Da die Kraft die der Extruder benötigt das Filament durch die Düse zu drücken unter anderem auch von der Geschwindigkeit abhängt, ermitteln wir die entsprechenden E-Step Werte für verschiedene Geschwindigkeiten

  1. Vorsichtig eine Markierung mit dem Messschieber in einer Entfernung von 120 mm von der Auflagefläche in das Filament einritzen
  2. 100 mm Filament mit 60 mm/min oder 1 mm/Sek. Vorschub mit dem Befehl G1 E100 F60 extrudieren
  3. Den Abstand zwischen der Auflagefläche und der Markierung messen und notieren
  4. Die Schritte 1 bis 3 drei Mal wiederholen und den Mittelwert über alle drei Messungen bilden und notieren als E-Step F30 <Wert>
  5. Die Schritte 1 bis 4 für die Geschwindigkeiten F60, F90, F120, F150, F180, F210, F240 wiederholen
  6. Mit Hilfe der quadratischen Regression die Parameter A(quadratische Koeffizient) und B(lineare Koeffizient) berechnen.

4. Nichtlinearität kompensieren

Wir haben ein Berechnungs-Tool zur Berechnung der Parameter zur Kompensation der Onlinerechner nichtlinearen Extrusion erstellt. 

Die ermittelten A und B Parameter mit dem Befehl M592 D0 A<A-Wert> B<B-Wert> L0.2 in der Console aktivieren.

5. Einstellungen validieren

Die nichtlineare Kompensation wird durch die Maschinensteuerung nur auf Verfahrbewegungen angewendet, die neben dem Extrusions-Motor auch eine weitere Achse (X,Y,Z) mit bewegt.

Daher überprüfen wir die Einstellungen wie folgt:

  1. G90 ; absolute Verfahrbewegung
  2. G1 X50 X50 Z50 F300 ; Druckkopf positionieren
  3. G91 ; relative Verfahrbewegung
  4. Vorsichtig eine Markierung mit dem Messschieber in einer Entfernung von 120 mm von der Auflagefläche in das Filament einritzen
  5. 100 mm Filament mit 150 mm/min oder 2,5 mm/Sek. Vorschub mit dem Befehl G1 X100 E100 F120 extrudieren
  6. Den Abstand zwischen der Auflagefläche und der Markierung messen und notieren
  7. Die Schritte 4 bis 6 mit der Geschwindigkeit F210 wiederholen
  8. Falls die Werte aus Schritt 6 und 7 zwischen 19,5 mm und 20,5 mm liegen ist die Einstellung erfolgreich beendet, falls der Wert größer oder kleiner sein sollte, Schritt 9 ausführen
  9. Falls der gemessene Wert größer 20,5 mm ist, bedeutet dies, dass der Extruder zu wenig Material extrudiert, bei einem Wert kleiner 19,5mm ist es zu viel Material. Falls der Wert mit F120 größer 20,5 mm ist, den linearen Anteil (A) verkleinern, falls der Wert kleiner als 19,5 mm ist den linearen Anteil (A) vergrößern. Falls der Wert für F210 größer 20,5mm ist, den quadratischen Anteil (B) erhöhen, falls dieser kleiner 19,5mm ist, den quadratischen Anteil (B) verringern. Die Schritte 1 bis 8 erneut ausführen.

6. Einstellungen dauerhaft im Filamentprofil speichern

Passen Sie die Werte in der entsprechenden Filament Konfiguration unter Filaments/<Filament Name und Düsendurchmesser>/config.g mit dem Befehl M592 D0 A<A-Wert> B<B-Wert> L0.2 an.

 

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