Desktop Filament Extruder MK1 by ARTME 3D

Überblick:

Der Original Desktop Filament Extruder MK1 von ARTME 3D ist ein Open-Source-Bausatz und hat sich in großen Schritten weiterentwickelt. Es ist ein Kunststoff – Extruder in unschlagbar kleiner aber Leistungsstarker Bauform.

Besonderheit:

Der Extruder arbeitet mit einer Extruderschnecke mit Kompressionszone aus Edelstahl. Außerdem ist eine Wickeleinheit integriert, um das Filament direkt auf eine Spule aufzuwickeln. Die Wickeleinheit des MK1 kann Spulen mit einer Kapazität 750g, 1000g oder 2500g verwenden. Der außendurchmesser kann maximal 300mm betragen. Der Innendurchmesser zur befestigung der Spule kann 40 bis 60mm betragen. Der Verfahrweg der Filamentführung beträgt maximal 90mm in der Breite. Und das bei einer Standfläche von gerade einmal 31 x 46 cm. Es lassen sich auch selbst hergestellte (geschredderte) Granulate aus 3D Druckabfall verarbeiten. 

Antrieb:

Der Antrieb besteht aus einem leistungsstarken und stufenlos regelbaren Nema23 Schrittmotor mit Planetengetriebe, welcher über einen digitalen Schrittmotortreiber angesteuert wird. Die Aufwickeleinheit und Zugeinheit werden jeweils von Nema17 Schrittmotoren angetrieben.

Steuerung:

Ein Arduino mit Ramps Board und LCD Display übernimmt die Steuerung. Die Aufwicklung funktioniert automatisch. Der Filamentdurchmesser kann von 1.75 bis 2.85mm mittels Auswahl der Düsengröße und Eigengewicht des Filamentes auf den gewünschten Durchmesser kalibriert werden. Nach einstellbarer Filamentlänge schaltet der Extruder selbsttätig ab.

Verarbeitbare Materialien und Extruderschnecken Optionen:

Der Extruder hat zwei verschiedene Extruderschnecken-Optionen, welche beim Kauf ausgewählt werden müssen:

  • Die Extruderschnecke (high compression) ist auf die Verarbeitung von geschredderten 3D Druckabfällen aus PLA, ABS und PETG abgestimmt. Darüber hinaus lassen sich damit auch bestimmte Kunststoffe in Pellet-Form wie PLA Sorten (auf 3D Druck optimiert), ABS und PP verarbeiten.
  • Die Extruderschnecke (low compression) ist auf die Verarbeitung von Kunststoffen in Pellet-Form wie PLA, ABS, ASA, PETG, PP abgestimmt. Die Verarbeitung von Nylon, PA, PS oder anderen technischen Kunststoffen kann nicht garantiert werden, ist aber oft möglich. Es kann allerdings sein, dass der Extruder diese Materialien zwar extrudieren kann, die Aufwicklung und Kalibrierung zu maßhaltigem Filament aber nicht funktioniert. Das liegt daran, dass diese Kunststoffe andere Viskositäten haben oder sehr schnell erstarren. Da kommt die Kalibrierung und Aufwicklung dieses Systems an seine Grenzen. Daher kann die Verarbeitung dieser Materialien aktuell nicht garantiert werden.

Spannungsversorgung:

Der Extruder wird mit 12V Schutzkleinspannung betrieben und durch die hohe Effizienz benötigt er wenig Leistung, sodass man ihn z.B. mit einem günstigen und sicheren Tischnetzteil betreiben kann. (Nicht im Lieferumfang enthalten). Der klimaneutrale Betrieb über Solarzellen ist auch möglich. 

Open Source:

Die komplette Dokumentation und die nötigen 3D Druck-Dateien finden Sie zum download unter www.artme-3d.de/support. Der Original Desktop Filament Extruder Mk1 von ARTME 3D ist ein Open Source Projekt, welches unter einer CC BY-SA Lizenz (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/) genutzt wird:

Sie dürfen:
– Alle Inhalte nutzen, verändern und teilen.

Unter folgender Bedingung:
– Meinen Namen nennen: David Thönnes von ARTME 3D
– Mein Projekt verlinken: www.artme-3d.de
– Angeben was verändert wurde
– Unter der gleichen Lizenz veröffentlichen

Danksagung:

Ein großes Dankeschön geht an Filip Mulier. Er hat die Firmware “Marlin-Mackerel” geschrieben und “open source” veröffentlicht. Das hat dieses Projekt ermöglicht..

Seine originalen Daten finden Sie unter https://github.com/filipmu/Marlin-Mackerel.

Für den Desktop Filament Extruder Mk1 wurde folgendes bearbeitet:

  • Bedienoberfläche geändert
  • Geräteparameter geändert
  • Sicherheitsfunktionen (thermal runaway und killswitch) integriert

Gesichtspunkte der Entwicklung:

  • Kleinstbauweise, um eine dezentrale Anwendung dort zu ermöglichen, wo Kunststoff recycelt werden kann oder Filament günstig hergestellt werden soll.
  • Kurze Durchlaufzeiten, um den Kunststoff so wenig wie möglich zu schädigen, um viele Recyclingprozesse zu ermöglichen.
  • Open Source, um jedem den Zugang zu gelungenem Recycling zu ermöglichen.
  • Prozess-Stabilität durch hochwertige und durchdachte Bauteile.
  • Komfortable Steuerung und einfache Bedienung.
  • Einfaches und schnelles Einstellen des Filaments-Durchmessers.
  • Günstig in der Anschaffung, da als Bausatz zu Kaufen.

Technische Daten:

  • Maße: 460mm breit, 660mm hoch, 350mm tief
  • Spannungsversorgung: 12V DC Schutzkleinspannung
  • Leistungsaufnahme: 60 bis 90 Watt (Je nach Materialsorte), 140 Watt beim aufheizen. (Benötigtes Netzteil für Netzbetrieb: Ausgangsspannung 12VDC, Ausgangsstrom 12.5A)
  • Maximale Extrudertemperatur: 260°C
  • Maximale Drehzahl: 25 RPM
  • Genauigkeit des Filament-Durchmessers: +/- 0.04mm bei der Verwendung von Granulat/Pellets. +/- 0.06mm bei der Verwendung von geschreddertem 3D Druckabfall.
  • Maximale Extrusionsleistung ohne Filamentkalibrierung, ohne Schmelzefilter und mit 3mm Düse:: 500 Gramm pro Stunde (getestet mit PLA und Drehzahlen zwischen 30 und 35 Umdrehungen pro Minute)
  • Normale Extrusionsleitung mit Filamentkalibrierung, schmelzefilter und 1.7mm Düse: 150 bis 300 Gramm pro Stunde (0,15 bis 0,35 kg/h), je nach Material. (Durch das Filtern, Kühlen, Kalibrieren und Aufwickeln wird die die maximale Extrusionsleistung etwas kleiner).
  • Maximale Systemgeschwindigkeit (Filament maßhaltig produzieren und aufwickeln): 0,7m bis 1,6m pro Minute. Erfahrungsgemäß dauert es im Durchschnitt ca. 4 bis 7 Stunden um ca.1kg Filament mit 1,75mm Durchmesser zu produzieren.
  • Extruderschnecke: 3 Zonen Extruderschnecke aus Edelstahl mit 12mm Durchmesser. Kompressionsverhältnis ca. 3:1. L/D ratio: 10:1.
  • Getestete Materialien: PLA, ABS, PETG, TPE, PP

Funktionsweise und Durchmesser-Kalibrierung:

Das Kunststoffgranulat wird vom Extruder aufgeschmolzen und verlässt als weichen Kunststoff-Faden die Düse. Der weiche Kunststoff-Faden wird in einem Bogen zum Zugmotor geführt. Auf dem Weg zum Zugmotor wird das Filament abgekühlt und erstarrt. Ein Sensor misst die Höhe, auf der dieser Filament-Bogen hängt. Wenn der Extruder schneller Filament produziert, senkt sich der Bogen ab. Das meldet der Sensor zu der Steuerung und diese erhöht die Drehzahl des Zugmotors. Durch diese Regelung hängt der Filament-Bogen immer auf der gleichen Höhe und somit ist auch die Zugkraft am Filament immer gleich. Das ermöglicht eine sehr genaue Durchmesser Einstellung. Leichte Schwankungen in der Extrusion werden so auch ausgeglichen. Gerade bei der Verarbeitung von Mahlgut ist das wichtig. Die Steuerung wäre auch dafür vorbereitet, einen Hallsensor zur direkten Erfassung des Filament-Durchmessers zu verwenden, aber das bestehende System liefert oft bessere Ergebnisse, sodass das nur eine experimentelle Option für Bastler ist.

Der gewünschte Filament-Durchmesser wird also durch das Eigengewicht des Filamentes, sowie der Temperatureinstellung und anderen Einstellmöglichkeiten kalibriert. Mit den Erfahrungswerten in der Dokumentation und nach etwas Übung, ist dieser Anfahrprozess in wenigen Sekunden bis Minuten getätigt. Die Dokumentation finden Sie unter www.artme-3d.de/support.

Düsengröße:

Achtung, die Düsengröße gibt nur sehr grob den Filament-Durchmesser vor. Beim Verlassen der Düse dehnen sich manche Kunststoffsorten aus. Mehr Details siehe die Bedienungsanleitung in der Dokumentation. Der Bausatz wird mit zwei Düsengrößen auf Erfahrungswerten geliefert:

  • Düsengröße 1.5mm ergibt mit ABS 1.75mm Filament
  • Düsengröße 1.7mm ergibt mit PLA 1.75mm Filament
  • Die Düsen können günstig und schnell ausgetauscht oder aufgebohrt werden. (Standart 3D Drucker Düse, E3D V6 Style)

Enthaltenes Werkzeug im Bausatz:

Im Bausatz sind folgende Werkzeuge enthalten:

  • Steckschlüssel 6x7mm
  • Steckschlüssel 13x17mm
  • Innensechskantschlüssel 1,5mm
  • Innensechskantschlüssel 2.0mm
  • Innensechskantschlüssel 3.0mm
  • Innensechskantschlüssel 4.0mm
  • Innensechskantschlüssel 5.0mm
  • Schlüsselfeile 100mm

Zusätzlich benötigtes Zubehör und Werkzeug:

Wenn Sie einen Bausatz von ARTME 3D erwerben, benötigen Sie folgendes Material, was nicht im Lieferumfang enthalten ist, um den Extruder aufbauen und betreiben zu können:

  • 3D gedruckten Bauteile (weiße Teile auf den Fotos, Dateien zum Download unter www.artme-3d.de/support)
  • Tisch-Netzteil 12VDC 10A (Achtung: In Ländern mit 110/120V Netzspannung muss ein Netzteil mit 12,5A Ausgangsstrom gewählt werden.)
  • Eine leere Filament-Spule (Durchmesser Innenloch 50 bis 60mm)
  • Benötigtes Werkzeug:
    • Kreuzschlitz-Schraubendreher PH1
    • Schlitzschraubendreher 3mm
    • Schraubenschlüssel Größe 8
    • Hammer
    • Schleifpapier/Feilen
    • Sekundenkleber
    • Gummihandschuhe, Staubschutzmaske
    • Zugang zu einem Schraubstock ist von Vorteil.
    • Wenn der verwendete 3D Drucker für die 3D Druckteile nicht sehr genau kalibriert ist, kann es nötig sein eine Bohrmaschine mit 3.5mm, 5.5mm und 12mm Bohrer zu haben.
    • Eine Spitzzange und eine Abisolierzange sind von Vorteil
    • Schere
    • Elektronischer Messschieber zum messen des Filamentdurchmessers (gute Qualität!)
    • Aluminiumfolie
    • Zollstock

Fähigkeiten und Schwierigkeitsgrad:

Der Aufbau dieses Extruders ist ein wenig aufwändiger, als Beispielsweise der Aufbau eines 3D Druckers. Es sind unter anderem folgende Tätigkeiten auszuführen::

  • Das Drucken von sehr vielen Teilen (unter Umständen mehrere Tage Druckzeit und. ca. 1 bis 1.4 kg Materialverbrauch)
  • Das Nacharbeiten von 3D Druck-Teilen.
  • Das Feilen von Rillen in der Einzugszone des Extruder-Rohrs mit der Schlüsselfeile. (Die Feile ist im Bausatz inklusive)
  • Verkabelung der Elektronik

Arbeitsaufwand:

Je nach Ihrer Erfahrung im Aufbau solcher Bausätze müssen Sie zwischen 6 und 15 Stunden Zeit für den Aufbau einplanen.

Unterstützen Sie mich:

Die Entwicklung und die Dokumentation dieses Projekts erforderte bis jetzt hunderte Arbeitsstunden in 3 Jahren, sowie hohe Investitionen in Material und Maschinen. Wenn Sie mich in der Entwicklung und kostenlosen Veröffentlichung von Projekten dieser Art unterstützen möchten, freue ich mich über eine kleine Spende via paypal an paypal@artme.de.

Lieferumfang:

Hier sehen Sie die Teileliste des Extruders. Im Bausatz sind alle Teile enthalten, bis auf die stl Dateien und die leere Filament-Spule, sowie das Netzteil:

QuantityName englishSpects
50wood screw2,5×12 mm
11wood screw3×25 mm
7cap head screwM3x6
25cap head screwM4x10 mm
2cap head screwM5x14
4countersunk screwM5x15
1cap head screwM5x30
1hexagon screwM5x70 mm
1wing nutM5
10hammer nutM4, Slot 8
17nutM5
1hexagon screwM10 x 50 mm
4washerM4
2washerM5
1grub screwM4x10 mm
1hexagon screwM5x40 mm (20mm thread)
1wood screw4×60 mm
2wood screw5×60 mm
2wing screwM6x35
6Slot nutB Typ, 8mm, M4
2cap30×30 mm
1cap60X30 mm
1parallel key4x4x20 mm
4threaded rodM5x117 mm
1timing beltGT2, 6mm x 500mm
2connector for profile90°
4felt pads22 x 5 mm
1ptfe tubing-part4x2x10mm
1wire0,6 x 210mm, V2A
1ball bearing4x12x4 C3
12cable tie95mm
2mounting bracketfor Nema 23 with M6 thread
1thrust bearing47x30x11mm
12ball bearing4x13x5 mm
1nail4,6x130mm
2hose clamp40mm diameter
1PullyGT2, 6mm, 20 teeth, 5mm bore
2ball bearing10x26x8mm
1U ball bearingFZ0463, 4x13x4 mm
1Extruder feed wheel12mm, 38 teeth
1Compression spring puller8×0,8×22 mm
1Compression spring snap6×0,5×35 mm
1Tension spring Swing arm3×0,2×20 mm
1ptfe tubing6x4x630 mm
1stepper motorNema23, 15:1
4ferrule0,5mm²
2stepper motorNema17, 39mm
1stepperdriver extruderLeadshine DMT332T
1extruder screw12×215
1extruder barrel16x2x160 (12,05 innen)
1Aluminium heating element6mm drilling
1Aluminium heating element3+6mm drilling
1warding filevierkant/square, 100mm long
1plate280x300x15 mm
1aluminium profile30x60x500 mm
1aluminium profile30x30x160 mm
1aluminium profile30x30x120 mm
1adapter disk55x20x3 mm
1shaft holderSHF16 with M4 thread
2heating cartridge6x20mm 50W/12V, 53cm Kabel
2ferrule0,5mm²
1thermistor3×15 mm, NTC 100K
1nozzle with M6 threadVerschlussschraube M14x1,5 DIN 910, M6
13D printer nozzleM6 thread, E3D-Style, with 1.7mm bore
1melt filter16x100mm, Mesh 50 (0,3mm)
1teflon tape130mm
1bending aid filterstl
1sign templatestl
2clamp vicestl
1coupling bearing surfacestl
1couplingstl
1bending template threaded rodsstl
1feed zoneslt (in ABS od ASA if possible)
1hopper part1stl
1mounting toolstl
1hopper part2stl
1hopper part3stl
1Spool holder bracketstl
1Spacerstl
1Spool holder discstl
1Spool holder disc lid 1stl
1Motor mountstl
1Motor mount lidstl
1Belt tensionerstl
1Spool adapter 50mm (option)stl
1Spool adapter 51mm (option)stl
1Spool adapter 52mm(option)stl
1Spool adapter 53mm (option)stl
1Spool adapter 54mm (option)stl
1Spool adapter 55mm (option)stl
1Spool adapter 56mm (option)stl
1Spool adapter 57mm (option)stl
1Spool adapter 58mm (option)stl
1Spool adapter 59mm (option)stl
1Spool adapter 60mm (option)stl
1Spool holder disc lid 2stl
1Filament spool (Not included)750g or 1000g (not included in the kit)
1hook leftstl
1hook rechtsstl
1swing for 0.7 bis 1.0kg spoolsstl
1swing for 2.5kg spools (option)stl
1crossbrace 1stl
1crossbrace 2stl
1lifterstl
4Railsstl
1sledge part1stl
1sledge part2stl
1Spiral axis for 1,75mm Part1stl
1Spiral axis for 1,75mm Part2stl
1Spiral axis for 2,85mm Part1stl
1Spiral axis for 2,85mm Part2stl
1axis holder rightstl
1snap part 1stl
1snap part 2stl
1plowstl
1axis holder leftstl
2stopperstl
1motor mount Part 1stl
1motor mount Part 2stl
1motor mount Part 3stl
1leverstl
1discstl
1filament guidestl
1arduinomega 2560 R3
1ramps Boardramps 1.5
3jumper2,54mm
1stepperdriver windertmc 2208
1optical endstop with cablereprap, 3 Pin
1arduino casestl
1LCD adapterfor LCD 2004
2LCD cable500-600mm
2terminal blockWago 221-415 5pol
1terminal block holderstl
1driver mountstl
3Connector Ramps/DMT322TDupont Jumperwire male-male
2wire ramps1,0mm² black, 150mm
2wire ramps1,0mm² red, 150mm
1wire DMT322T1,0mm² black, 260mm
1wire DMT322T1,0mm² red, 260mm
6ferrule1,0mm²
1Arduino topstl
1fan24V= or 12V=, 50x50x15mm
1power supply (not included)12VDC 10A (12,5A when 110V net) closed design
1Y stepper cable4 pin for two Nema 17
1strain reliefstl
1LCD coverstl
1LCD 2004 DisplaySmart Display Controller
2holder ribbon cablestl
1fan holderstl
1fan12V=, 50x50x15mm
2ferrule0,25mm²
1usb cable200mm
1sensor holderstl
1sensor bodystl
1sensor armstl
1sensor shutterstl
1bending aidstl
1cover bodystl
1rock wool135x230x40 mm
1cover top leftstl
1cover top rightstl