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. Er wird als Bausatz zur Selbstmontage geliefert. Die 3D gedruckten Teile (weiße Teile auf den Bildern) und das Netzteil, sowie etwas Werkzeug sind nicht im Lieferumfang enthalten. Details siehe weiter unten, unter „Zusätzlich benötigtes Zubehör und Werkzeug“. Bei Bestellung beträgt die Produktionszeit bis zum Versand aktuel 14 Tage.
Besonderheit:
Der Extruder arbeitet mit einer Extruderschnecke mit Kompressionszone und ist aus Edelstahl gefertigt. 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. 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. Die Firmware ist vorinstalliert. 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.
Material-Vorrausetzungen für einen stabilen Betrieb:
Ich habe die Material-Vorrausetzungen in meinem Material-Leitfaden zusmmengefasst. Diesen finden Sie hier. Grob zusammen gefasst, muss das verwendete Material folgendermaßen aufbereitet sein, um einen stabilen Betrieb des Extruders zu gewährleisten:
- Das verwendete Material muss getrocknet werden. Kunststoff nimmt Feuchtigkeit aus der Luft auf. Das kann Probleme wie Blasenbildung und ungleichmäßige Extrusion zur Folge haben.
- Bevor Sie Material in den Trichter geben, muss dieses mit einem Sieb gesiebt werden. Die Maschenweite sollte ca. 4,5 bis 5mm betragen. Auch Kunststoffpellets müssen gesiebt werden. Denn wenn nur ein Korn dabei ist, dass die Größe überschreitet, kann es zu ungleichmäßiger Extrusion oder zum verstopfen des Extruders führen.
Spannungsversorgung:
Der Extruder wird mit 12V Schutzkleinspannung betrieben und durch die hohe Effizienz benötigt er wenig Leistung (70 bis 140 Watt), sodass man ihn z.B. mit einem günstigen und sicheren Tischnetzteil betreiben kann. (Nicht im Lieferumfang enthalten).
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
Sprachen:
Die Dokumentation ist aktuell in englisch und deutsch verfügbar. Die Menüsprache der Steuerung ist aktuell ausschließlich in englisch verfügbar. Zur Übersetzung in andere Sprachen empfehle ich deepl.com. Dort kann man die heruntergeladenen PDF Dateien der Dokumentation hochladen und in die gewünschte Sprache übersetzen lassen.
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
- Maximale Spulengröße: Der Außendurchmesser der Spule 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.
- 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 Düsengröße, 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.
Ähnlich wie bei einem 3D Drucker müssen Sie ein paar Grundlagen lernen, um erfolgreich Filament zu produzieren. Beim 3D Drucken sind die wichtigsten Dinge z.B. das Bett-Leveling, die Haftung der ersten Schicht, die Druckeinstellungen und die Bauteilausrichtung. Ohne diese Grundlagen, wird es kaum möglich sein, nachhaltig gute 3D Drucke hin zu bekommen. Aus diesem Grund habe ich eine Schnellstart-Anleitung erstellt. Hier sind die wichtigsten Punkte aus der allgemienen Bedienungsanleitung für einen gelungenen Start des Extruders zusammengefasst.
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 PH1Schlitzschraubendreher 3mmSchraubenschlüssel 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
- Ähnlich wie bei einem 3D Drucker müssen Sie ein paar Grundlagen lernen, um erfolgreich Filament zu produzieren. Beim 3D Drucken sind die wichtigsten Dinge z.B. das Bett-Leveling, die Haftung der ersten Schicht, die Druckeinstellungen und die Bauteilausrichtung. Ohne diese Grundlagen, wird es kaum möglich sein, nachhaltig gute 3D Drucke hin zu bekommen. Ich habe in der Schnellstartanleitung die wichtigsten Themen beschrieben. Für einen Überblick, finden Sie dies hier.
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 über tausend 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. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen:
– Kaufen Sie den Artikel „Donation/Spende“ in meinem Webshop.
– Unterstützen sich mich auf Patreon: https://www.patreon.com/artme3d
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:
| Quantity | Name english | Spects |
| 50 | wood screw | 2,5×12 mm |
| 11 | wood screw | 3×25 mm |
| 7 | cap head screw | M3x6 |
| 25 | cap head screw | M4x10 mm |
| 2 | cap head screw | M5x14 |
| 4 | countersunk screw | M5x15 |
| 1 | cap head screw | M5x30 |
| 1 | hexagon screw | M5x70 mm |
| 1 | wing nut | M5 |
| 10 | hammer nut | M4, Slot 8 |
| 17 | nut | M5 |
| 1 | hexagon screw | M10 x 50 mm |
| 4 | washer | M4 |
| 2 | washer | M5 |
| 1 | grub screw | M4x10 mm |
| 1 | hexagon screw | M5x40 mm (20mm thread) |
| 1 | wood screw | 4×60 mm |
| 2 | wood screw | 5×60 mm |
| 2 | wing screw | M6x35 |
| 6 | Slot nut | B Typ, 8mm, M4 |
| 2 | cap | 30×30 mm |
| 1 | cap | 60X30 mm |
| 1 | parallel key | 4x4x20 mm |
| 4 | threaded rod | M5x117 mm |
| 1 | timing belt | GT2, 6mm x 500mm |
| 2 | connector for profile | 90° |
| 4 | felt pads | 22 x 5 mm |
| 1 | ptfe tubing-part | 4x2x10mm |
| 1 | wire | 0,6 x 210mm, V2A |
| 1 | ball bearing | 4x12x4 C3 |
| 12 | cable tie | 95mm |
| 2 | mounting bracket | for Nema 23 with M6 thread |
| 1 | thrust bearing | 47x30x11mm |
| 12 | ball bearing | 4x13x5 mm |
| 1 | nail | 4,6x130mm |
| 2 | hose clamp | 40mm diameter |
| 1 | Pully | GT2, 6mm, 20 teeth, 5mm bore |
| 2 | ball bearing | 10x26x8mm |
| 1 | U ball bearing | FZ0463, 4x13x4 mm |
| 1 | Extruder feed wheel | 12mm, 38 teeth |
| 1 | Compression spring puller | 8×0,8×22 mm |
| 1 | Compression spring snap | 6×0,5×35 mm |
| 1 | Tension spring Swing arm | 3×0,2×20 mm |
| 1 | ptfe tubing | 6x4x630 mm |
| 1 | stepper motor | Nema23, 15:1 |
| 4 | ferrule | 0,5mm² |
| 2 | stepper motor | Nema17, 39mm |
| 1 | stepperdriver extruder | Leadshine DMT332T |
| 1 | extruder screw | 12×215 |
| 1 | extruder barrel | 16x2x160 (12,05 innen) |
| 1 | Aluminium heating element | 6mm drilling |
| 1 | Aluminium heating element | 3+6mm drilling |
| 1 | warding file | vierkant/square, 100mm long |
| 1 | plate | 280x300x15 mm |
| 1 | aluminium profile | 30x60x500 mm |
| 1 | aluminium profile | 30x30x160 mm |
| 1 | aluminium profile | 30x30x120 mm |
| 1 | adapter disk | 55x20x3 mm |
| 1 | shaft holder | SHF16 with M4 thread |
| 2 | heating cartridge | 6x20mm 50W/12V, 53cm Kabel |
| 2 | ferrule | 0,5mm² |
| 1 | thermistor | 3×15 mm, NTC 100K |
| 1 | nozzle with M6 thread | Verschlussschraube M14x1,5 DIN 910, M6 |
| 1 | 3D printer nozzle | M6 thread, E3D-Style, with 1.7mm bore |
| 1 | melt filter | 16x100mm, Mesh 50 (0,3mm) |
| 1 | teflon tape | 130mm |
| 1 | bending aid filter | stl |
| 1 | sign template | stl |
| 2 | clamp vice | stl |
| 1 | coupling bearing surface | stl |
| 1 | coupling | stl |
| 1 | bending template threaded rods | stl |
| 1 | feed zone | slt (in ABS od ASA if possible) |
| 1 | hopper part1 | stl |
| 1 | mounting tool | stl |
| 1 | hopper part2 | stl |
| 1 | hopper part3 | stl |
| 1 | Spool holder bracket | stl |
| 1 | Spacer | stl |
| 1 | Spool holder disc | stl |
| 1 | Spool holder disc lid 1 | stl |
| 1 | Motor mount | stl |
| 1 | Motor mount lid | stl |
| 1 | Belt tensioner | stl |
| 1 | Spool adapter 50mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 51mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 52mm(option) | stl |
| 1 | Spool adapter 53mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 54mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 55mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 56mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 57mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 58mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 59mm (option) | stl |
| 1 | Spool adapter 60mm (option) | stl |
| 1 | Spool holder disc lid 2 | stl |
| 1 | Filament spool (Not included) | 750g or 1000g (not included in the kit) |
| 1 | hook left | stl |
| 1 | hook rechts | stl |
| 1 | swing for 0.7 bis 1.0kg spools | stl |
| 1 | swing for 2.5kg spools (option) | stl |
| 1 | crossbrace 1 | stl |
| 1 | crossbrace 2 | stl |
| 1 | lifter | stl |
| 4 | Rails | stl |
| 1 | sledge part1 | stl |
| 1 | sledge part2 | stl |
| 1 | Spiral axis for 1,75mm Part1 | stl |
| 1 | Spiral axis for 1,75mm Part2 | stl |
| 1 | Spiral axis for 2,85mm Part1 | stl |
| 1 | Spiral axis for 2,85mm Part2 | stl |
| 1 | axis holder right | stl |
| 1 | snap part 1 | stl |
| 1 | snap part 2 | stl |
| 1 | plow | stl |
| 1 | axis holder left | stl |
| 2 | stopper | stl |
| 1 | motor mount Part 1 | stl |
| 1 | motor mount Part 2 | stl |
| 1 | motor mount Part 3 | stl |
| 1 | lever | stl |
| 1 | disc | stl |
| 1 | filament guide | stl |
| 1 | arduino | mega 2560 R3 |
| 1 | ramps Board | ramps 1.5 |
| 3 | jumper | 2,54mm |
| 1 | stepperdriver winder | tmc 2208 |
| 1 | optical endstop with cable | reprap, 3 Pin |
| 1 | arduino case | stl |
| 1 | LCD adapter | for LCD 2004 |
| 2 | LCD cable | 500-600mm |
| 2 | terminal block | Wago 221-415 5pol |
| 1 | terminal block holder | stl |
| 1 | driver mount | stl |
| 3 | Connector Ramps/DMT322T | Dupont Jumperwire male-male |
| 2 | wire ramps | 1,0mm² black, 150mm |
| 2 | wire ramps | 1,0mm² red, 150mm |
| 1 | wire DMT322T | 1,0mm² black, 260mm |
| 1 | wire DMT322T | 1,0mm² red, 260mm |
| 6 | ferrule | 1,0mm² |
| 1 | Arduino top | stl |
| 1 | fan | 24V= or 12V=, 50x50x15mm |
| 1 | power supply (not included) | 12VDC 10A (12,5A when 110V net) closed design |
| 1 | Y stepper cable | 4 pin for two Nema 17 |
| 1 | strain relief | stl |
| 1 | LCD cover | stl |
| 1 | LCD 2004 Display | Smart Display Controller |
| 2 | holder ribbon cable | stl |
| 1 | fan holder | stl |
| 1 | fan | 12V=, 50x50x15mm |
| 2 | ferrule | 0,25mm² |
| 1 | usb cable | 200mm |
| 1 | sensor holder | stl |
| 1 | sensor body | stl |
| 1 | sensor arm | stl |
| 1 | sensor shutter | stl |
| 1 | bending aid | stl |
| 1 | cover body | stl |
| 1 | rock wool | 135x230x40 mm |
| 1 | cover top left | stl |
| 1 | cover top right | stl |
