Warum sind 3D-Drucker so langsam?

Der 3D-Druck ist im Laufe der Jahre billig und zuverlässig geworden. Einsteigerfreundliche Materialien wie PLA und PETG haben die Heimfertigung zugänglicher gemacht als je zuvor. Leider bleibt der eigentliche 3D-Druckprozess unerträglich langsam und erfordert in vielen Fällen mehrere Drucktage.

Warum gehen 3D-Drucker ihrem Geschäft immer noch in rasantem Tempo nach, wenn sie den Verbrauchern seit über einem Jahrzehnt zur Verfügung stehen?

Die Antwort liegt in den technischen und produktionstechnischen Herausforderungen, die hinter der kommerziellen Rentabilität des 3D-Drucks stehen. Werfen wir einen Blick auf diese Herausforderungen und eine vielversprechende Technologie, die den 3D-Druck für alle schneller machen könnte.

Bettschleuderer bewegen sich nicht gerne schnell

Der erste Hinweis liegt im Aussehen eines typischen Consumer-3D-Druckers selbst. Die Suche auf Amazon nach 3D-Druckern führt zu Ergebnissen, die praktisch nicht voneinander zu unterscheiden sind. Das ist ein unglückliches Nebenprodukt von Consumer-3D-Druckern, die auf dem Prusa i3-Design basieren. Es gibt anscheinend keinen besseren Ansatz für die Massenproduktion billiger Drucker. Leider geht dieses Streben nach Kosteneffizienz zu Lasten der Geschwindigkeit.

Werfen wir einen kurzen Blick auf das Bewegungssystem des Prusa i3, um zu verstehen, warum das so ist.

Ihr durchschnittliches 3D-Consumer-Grade ist vor allem billig, weil es unkompliziert ist. Diese Einfachheit erstreckt sich auch auf ihr Bewegungssystem. Die X-Achse umfasst zum Beispiel den Druckkopf, der sich entlang einer Länge einer V-Schlitz-Aluminiumextrusion bewegt. Die Z-Achse wiederum bewegt die gesamte X-Achsen-Anordnung nach oben und unten. Das mag nach viel Gewicht erscheinen, ist aber kein großes Problem, da sich 3D-Drucker selten und jeweils nur um den Bruchteil eines Millimeters entlang der Z-Achse bewegen.

Allerdings ist das Y-Achsen-Setup solcher Drucker definitiv suboptimal. Diese arme Achse hat die Herkulesaufgabe, das gesamte Bett zu bewegen, das auch das schwerste Bauteil in einem 3D-Drucker ist. Um schnell zu drucken, sollten die beweglichen Komponenten idealerweise so leicht wie möglich sein. Es ist schon schwierig, einen 150 Gramm schweren Druckkopf schnell zu bewegen und dabei Mikrometer-Präzision beizubehalten.

Stellen Sie sich nun vor, Sie machen dasselbe stattdessen mit einem 1,5-kg-Bett. Es überrascht nicht, dass 3D-Drucker mit dem Prusa i3-Design aus diesem Grund umgangssprachlich Bettschleudern genannt werden.

Was passiert, wenn Sie trotzdem schnell drucken?

Wir haben herausgefunden, warum ein durchschnittlicher 3D-Drucker langsam ist. Aber was wäre, wenn wir die Firmware-Beschränkungen für Druckgeschwindigkeit und Beschleunigung deaktivieren würden, um trotzdem schnell zu drucken? Die Kosten für eine zu schnelle Bewegung gehen über die enorme Belastung der Schrittmotoren und deren Überhitzung hinaus. Die Druckqualität ist das erste Opfer im Kampf zwischen einem schwachen Motor und der widerspenstigen Masse eines schweren Betts. Dies äußert sich in Klingeln oder Geisterbildern, die durch übermäßige Vibrationen im Zusammenhang mit schnellem Drucken verursacht werden.

Im Extremfall können sich die 3D-Druckerkomponenten mit der Zeit lösen. Obwohl es einfach ist, Schrauben nachzuziehen, führt das schnelle Drucken auf Prusa i3-Style oft zu irreversiblem Verschleiß an den Bewegungskomponenten. Am schlimmsten trifft es die billigen V-Schlitzwalzen, die im Bewegungssystem solcher Drucker verwendet werden. Die Kunststoffräder, die auf V-förmigen Schienen auf Aluminiumprofilen laufen, verschleißen erheblich, wenn sie hohen Druckgeschwindigkeiten ausgesetzt werden.

Der typische 3D-Drucker, der auf dem Prusa i3-Design basiert, kann nicht schnell mit einem gewissen Maß an Qualität oder langfristiger Zuverlässigkeit drucken. Aber was ist mit Druckern, die auf verschiedenen Designs basieren? Es sollte einige praktikable Alternativen geben, die zum schnellen Drucken geeignet sind, oder?

Delta-Drucker: Billig und schnell, aber ungenau

Delta 3D-Drucker sind von Grund auf darauf ausgelegt, schnell zu sein. Ihr leichter Druckkopf ist aufgrund seines von Natur aus geringeren Impulses schneller und besser steuerbar. Darüber hinaus verwendet das Delta-Design weniger Komponenten als sein Gegenstück zum Bettschleudern, was die Herstellung noch billiger macht. Drucker, die sowohl billig als auch schnell sind, klingen perfekt, aber warum sehen wir dann nicht genug davon?

Drucker, die auf dem Delta-Design basieren, gehen bei ihrem Streben nach Geschwindigkeit viele Kompromisse ein. Ihre kompakten und leichten Druckköpfe machen es unmöglich, einen Extruder mit Direktantrieb zu implementieren. Erfahren Sie mehr über diese Technologie in unserem Extruderführung mit Direktantrieb. In der Zwischenzeit macht diese Beschränkung auf Bowden-Extruder Delta-Drucker unfähig, flexible Filamente zu verarbeiten, was ihre Vielseitigkeit beeinträchtigt.

Ihr größter Kompromiss besteht jedoch in Form einer reduzierten Druckqualität, insbesondere beim Drucken großer Modelle, die horizontal verteilt sind. Darüber hinaus ist die von einem Delta erzielte Oberflächendruckqualität nicht mit Bettschleudern vergleichbar. Dies wird durch das kreisförmige Bett, das das Bauvolumen begrenzt, und ihre allgemeine Neigung, nur bei großen Drucken zu glänzen, weiter verschärft.

Diese Einschränkungen sind so schwerwiegend, dass die 3D-Druckindustrie für Verbraucher Delta-Drucker trotz ihrer beeindruckenden Geschwindigkeit und Kosteneffizienz in eine Nische verbannt hat.

CoreXY-Drucker: Geschwindigkeit hat ihren Preis

Die schnellsten Drucker basieren auf der CoreXY-Kinematik, wie in unserem erklärt Einsteigerleitfaden für Voron 3D-Drucker. Dies ist ein ausgeklügeltes Bewegungssystem, bei dem das Bett weitgehend stationär ist, der deutlich leichtere Druckkopf jedoch mit blitzschnellen Geschwindigkeiten bewegt wird. Im Gegensatz zu Delta-Druckern behält das CoreXY-Design die Qualität bei und ermöglicht gleichzeitig die Verwendung von Extrudern mit Direktantrieb.

Das einzige Problem ist, dass die extreme Komplexität und die damit verbundenen hohen Kosten diese Drucker für den 3D-Druck für Verbraucher unrentabel machen. Daher bleiben CoreXY-Drucker auf Nischen-Open-Source-Projekte beschränkt, die sich an 3D-Druck-Enthusiasten richten. Das ist nicht verwunderlich, wenn man bedenkt, dass der durchschnittliche CoreXY-3D-Drucker allein für Teile zwischen 1000 und 2000 US-Dollar kostet.

Hersteller von 3D-Druckern für Verbraucher haben immer noch nicht herausgefunden, wie sie diese Technologie billig und zugänglich genug für Mainstream-Anwender machen können.

Geschwindigkeit ist ein Luxus, den sich 3D-Drucker nicht leisten können

Fazit: Schneller 3D-Druck ist eine teure Angelegenheit. Sie können entweder einen billigen Delta-Drucker haben, der auf Kosten der Qualität und des Bauvolumens schnell geht, oder Sie können ein Vermögen für eine CoreXY-Maschine ausgeben. Keines dieser Extreme passt gut zu den Verbrauchern.

Und deshalb basiert praktisch jeder Consumer-3D-Drucker auf dem Prusa i3-Design. Diese Drucker sind zwar langsam, bieten aber dennoch ein gutes Gleichgewicht zwischen Preis, Funktionen und Leistung. Geschwindigkeit ist ein unglückliches Opfer bei der Herstellung von 3D-Druckern mit Attraktivität für den Massenmarkt.

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