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Die Druckgeschwindigkeit von 3D-Druckern ist ein wichtiges Kriterium beim Kauf eines 3D-Druckers. Aber auch bei der Optimierung und Verbesserung eines bestehenden 3D-Druckers hat die Druckgeschwindigkeit einen großen Einfluss auf die Qualität und die Druckdauer eines Objekts.
Die Druckgeschwindigkeit eines 3D-Druckers ist die Geschwindigkeit, mit der das Material auf das Druckbett aufgetragen wird. Von der Druckgeschwindigkeit hängt die Druckdauer des Objekts ab. Sie hat auch einen großen Einfluss auf die Qualität des Objekts.
Es ist im 3D-Druck daher immer das Ziel eine höchstmögliche Druckgeschwindigkeit zu erreichen, ohne dabei an Qualität einzubüßen.
In diesem Artikel erfährst du alles, worauf du bei der Geschwindigkeit beim Kauf eines 3D-Druckers achten musst und wie du die Druckgeschwindigkeit eines bestehenden 3D-Druckers optimieren und verbessern kannst.
Wenn du auf der Suche nach Testobjekten für die Druckgeschwindigkeit bist, findest du die besten in diesem Artikel.
Table of Contents:
Geschwindigkeit von 3D-Druckern als Kaufkriterium
Neben anderen Eigenschaften eines 3D-Druckers wie dem Druckvolumen oder dem Material des Druckbetts ist die Druckgeschwindigkeit ein wichtiges Kaufkriterium. Sie unterscheidet sich teilweise stark zwischen den verschiedenen 3D-Drucker Modelle und ist Abhängigkeit von dem Design des 3D-Druckers.
Schon vor dem Kauf kannst du in den technischen Spezifikationen die Druckgeschwindigkeit ablesen. Sie wird jedoch nicht immer einheitlich angegeben.
Wie wird die Geschwindigkeit von 3D-Druckern angegeben?
Bei FMD 3D-Druckern wird die Druckgeschwindigkeit in mm/s angegeben und beschreibt die Geschwindigkeit des Druckkopfes während der Extrusion von Filament. Bei Resin 3D-Druckern wird sie in s/layer oder mm/h angegeben und beschreibt die Geschwindigkeit, mit der das Objekt in z-Richtung gedruckt wird.
Hier sind ein paar Beispiele für die Angabe der Druckgeschwindigkeit bei verschiedenen 3D-Druckern:
- FDM 3D-Drucker: “50 mm/s” bedeutet, dass der Druckkopf sich während des Drucks mit 50 Millimetern pro Sekunde bewegt.
- FDM 3D-Drucker: “max. 180 mm/s (normal 50 mm/s)” bedeutet, dass der 3D-Drucker ohne Rücksicht auf die Qualität auf maximal 180 mm/s kommt und eine normale bis gute Qualität bei 50 mm/s erwartet werden kann.
- Resin 3D-Drucker: “2 s/layer” bedeutet, dass der 3D-Drucker pro Schicht 2 Sekunden benötigt.
- Resin 3D-Drucker: “30 mm/h” bedeutet, dass der 3D-Drucker pro Stunde 30 Millimeter in z-Richtung drucken kann.
Die Angaben sind also teilweise sehr uneinheitlich. Sie können dir fälschlicherweise eine schnellere Druckgeschwindigkeit versprechen. Die richtige Interpretation dieser Angaben ist also wichtig, um die richtige Kaufentscheidung zu tätigen.
Was sind typische Geschwindigkeiten von 3D-Druckern?
Typische Geschwindigkeiten von FDM 3D-Druckern liegen zwischen 40 und 60 mm/s bei kartesischen 3D-Druckern und bei über 100 mm/s bei Delta 3D-Druckern. Moderne Resin 3D-Drucker erreichen eine Druckgeschwindigkeit von etwa 2-3 Sekunden/Schicht, was etwa 30-50 mm/h entspricht.
Um diese Druckgeschwindigkeiten zu veranschaulichen, habe ich ein paar Beispielobjekte ersellt, damit du einen Eindruck bekommst, wie schnell verschiedene Objekte gedruckt werden können.
- Technologie: FDM kartesisch
- Druckgeschwindigkeit: 50 mm/s
- Materialbedarf: etwa 11 g Filament
- Druckdauer: 1 Stunde und 12 Minuten
- Technologie: FDM kartesisch
- Druckgeschwindigkeit: 50 mm/s
- Materialbedarf: etwa 102 g Filament
- Druckdauer: 10 Stunden und 42 Minuten
- Technologie: FDM Delta
- Druckgeschwindigkeit: 100 mm/s
- Materialbedarf: etwa 122 g Filament
- Druckdauer: 8 Stunden und 42 Minuten
- Technologie: Resin
- Druckgeschwindigkeit: 3 s/layer
- Materialbedarf: etwa 70 ml Resin (etwa 77 g)
- Druckdauer: 7 Stunden und 30 Minuten
Welche Faktoren beeinflussen die Druckgeschwindigkeit eines 3D-Druckers?
Funktionsprinzip des 3D-Druckers: Etwa Delta vs. kartesisch bei FDM 3D-Druckern. Bei Delta 3D-Druckern (wie etwa der FLSUN Super Racer) ist der Druckkopf leicht und wird über drei Arme bewegt und nicht über starre Schienen mit hohem Gewicht.
Dadurch kann eine viel höhere Druckgeschwindigkeit erreicht werden, bevor Vibrationen entstehen, die die Qualität des Druckobjekts negativ beeinflussen.
Stabilität des 3D-Druckers: Bei hohen Geschwindigkeiten können Vibrationen bei der Bewegung des 3D-Druckers entstehen. Je besser die Stabilität des 3D-Druckers ist, desto höher können die Druckgeschwindigkeiten eingestellt werden, bevor es zu störenden Vibrationen kommt.
Zum Beispiel wird bei sehr großen oder genauen kartesischen 3D-Druckern auf beiden Seiten der z-Achse ein Schrittmotor verbaut. Dies verbessert die Positionsgenauigkeit und verringert die Anfälligkeit für Vibrationen. Dies wird auch “doppelte z-Achse” genannt.
Verwendetes Material: Verschiedene Filamente können unterschiedliche Anforderungen bei der Druckgeschwindigkeit haben. Zum Beispiel können flexible Filamente wie TPU bei niedrigeren Druckgeschwindigkeiten besser gedruckt werden.
Bei Resin 3D-Druckern ist die Art des Kunstharzes entscheidend darüber, wie lange er ausgehärtet werden muss.
Druckkopf-Design bei FDM 3D-Druckern: Bei FDM 3D-Druckern gibt es zwei verschiedene Druckkopf-Designs.
Bei einem Bowden-Extruder sitzt der Extruder weit entfernt von der Nozzle auf dem Rahmen des 3D-Druckers und schiebt das Filament durch einen PTFE-Schlauch bis zum Druckkopf. Dadurch ist der Druckkopf sehr leicht und es können höhere Druckgeschwindigkeiten erreicht werden.
Bei einem Direct Drive Extruder sitzt der Extruder im Druckkopf und erhöht dadurch sein Gewicht. Durch das höhere Gewicht entstehen störende Vibrationen bei niedrigeren Geschwindigkeiten als bei leichteren Druckköpfen.
Schichthöhe: Bei der Betrachtung der Druckgeschwindigkeit ist es wichtig, den Einfluss der Schichthöhe zu beachten. Bei FDM 3D-Druckern ist die Angabe der Druckgeschwindigkeit nicht mit der Schichthöhe gekoppelt.
Durch die Schichthöhe wird lediglich die Druckdauer beeinflusst. Die einzelnen Schichten werden trotzdem mit der gleichen Druckgeschwindigkeit gedruckt.
Bei Resin 3D-Druckern wird die Druckgeschwindigkeit jedoch oft mit der Schichthöhe gekoppelt. Bei Angaben wie “30 mm/h” wird die Druckgeschwindigkeit pro Schicht mit der Schichthöhe multipliziert, die nicht angegeben wird.
Die Angabe, wie lange eine Schicht belichtet werden muss oder wie stark die Beleuchtung ist, hilft dir also viel mehr dabei verschiedene Resin 3D-Drucker zu vergleichen. Ob du die Schichthöhe auf 0,01 mm oder auf 0,1 mm einstellst, hat (fast) keinen Einfluss auf die Druckgeschwindigkeit, nur auf die Druckdauer.
Was sind die Vor- und Nachteile einer schnellen Druckgeschwindigkeit?
Die Druckgeschwindigkeit beeinflusst die Druckdauer und die Druckqualität im 3D-Druck. Eine niedrige Geschwindigkeit erhöht die Druckdauer und verbessert die Druckqualität. Eine hohe Geschwindigkeit verringert die Druckdauer und verschlechtert die Qualität.
Der Vorteil einer schnellen Druckgeschwindigkeit ist also, dass sie die Druckdauer reduziert. Um zu zeigen, wie stark die Druckgeschwindigkeit die Druckdauer bei FDM 3D-Druckern beeinflusst, habe ich dasselbe Objekt bei verschiedenen Druckgeschwindigkeiten gesliced.
| Druckgeschwindigkeit | Druckzeit |
|---|---|
| 10 mm/s | 17:53 |
| 20 mm/s | 09:15 |
| 40 mm/s | 05:09 |
| 60 mm/s | 03:57 |
| 80 mm/s | 03:26 |
| 100 mm/s | 03:11 |
| 120 mm/s | 03:03 |
Wie du den Daten entnehmen kannst, zahlt sich eine höhere Druckgeschwindigkeit also bis zu einem Punkt definitiv aus. Es gibt jedoch einen Punkt, ab dem eine höhere Druckgeschwindigkeit die Druckdauer nur wenig verbessert.
Eine Erhöhung der Druckgeschwindigkeit von 50 auf 100 mm/s halbiert die Druckdauer fast. Eine Erhöhung von 100 auf 200 mm/s bringt nur noch eine Verbesserung von etwa 20%.
In Anbetracht der immer größer werdenden Wahrscheinlichkeit von Druckfehlern und einer immer schlechter werdenden Oberflächenqualität, ist es oft nicht sinnvoll, die Druckgeschwindigkeit über einen gewissen Wert zu erhöhen. Im Allgemeinen ist es so, dass die Druckqualität immer schlechter wird, je höher die Druckgeschwindigkeit eingestellt ist.
Es gibt daher für jeden (FDM) 3D-Drucker einen Sweetspot, bei dem eine gute Druckqualität erzielt werden kann, bei der dabei höchstmöglichen Druckgeschwindigkeit.
Tipp: Auch wenn du die Druckgeschwindigkeit so hoch wie möglich einstellen möchtest, ohne dabei Druckfehler zu produzieren, solltest du die Druckgeschwindigkeit für die erste Schicht stark reduzieren. Besonders wenn du Probleme mit der Druckbett-Haftung hast, helfen Werte zwischen 5 und 10 mm/s, um eine gute Druckbett-Haftung zu erzeugen.
Verbesserung der Geschwindigkeit von 3D-Druckern
Bei Resin in 3D-Druckern ist die Druckgeschwindigkeit an das Belichtungssystem gekoppelt. Die Druckgeschwindigkeit zu verbessern, ist daher meistens nicht möglich. Bei FDM 3D-Druckern gibt es jedoch viele Möglichkeiten die Geschwindigkeit zu verbessern.
Kalibrieren der Druckgeschwindigkeit
Um die höchstmögliche Druckgeschwindigkeit bei trotzdem guter Druckqualität eines 3D-Druckers zu bestimmen, ist eine Kalibrierung notwendig. Kalibrierobjekte für die Druckgeschwindigkeit provozieren Druckfehler, die bei hohen Geschwindigkeiten auftreten können (Ringing/Ghosting).
Wenn sich der Druckkopf des 3D-Druckers zu schnell bewegt, entstehen Vibrationen, die sich auf das Objekt auswirken. Außerdem ist die generelle Positioniergenauigkeit verschlechtert, besonders beim Wechsel der Bewegungsrichtung.
Durch die Vibrationen werden Details auf der Oberfläche verzerrt und in einer Art Schwingung horizontal kopiert. Außerdem werden Ecken durch die hohe Geschwindigkeit des Druckkopfes ungenau ausgeführt und meistens verbreitert.
Ich verwende gerne einen Würfel mit Buchstaben oder Löchern auf den Seiten für diese Kalibrierung. Auch eignet sich das 3DBenchy hervorragend dafür.
Bei der Kalibrierung der Druckgeschwindigkeit mit solchen Objekten ist es das Ziel, so wenig dieser Druckfehler zu erzeugen wie möglich. Es gibt dabei jedoch keine harte Grenze, ab der die Druckfehler auftauchen und davor nicht. Die Grenze ist sehr schwammig und du musst selbst entscheiden, ab wann diese Druckfehler für dich in Ordnung sind.
Am Ende ist die Anwendung des Objekts entscheidend. Hat das Objekt einen dekorativen Nutzen, sollte die Qualität so gut wie möglich sein und die Geschwindigkeit damit relativ niedrig. Bei einem Türstopper hingegen sind diese Druckfehler irrelevant und du kannst die Druckgeschwindigkeit sehr hoch einstellen.
Verbesserung der Mechanik des 3D-Druckers
Um die Druckgeschwindigkeit eines FDM 3D-Druckers zu erhöhen, können Komponenten der Mechanik verbessert werden. Dazu gehören insbesondere hochwertigere Linearführungen* oder Antriebswellen*.
Durch solche Upgrades kann die Beweglichkeit des Druckkopfes verbessert werden. Dadurch wird die Positioniergenauigkeit verbessert, wodurch Ecken und kleine Details bei höheren Druckgeschwindigkeiten besser produziert werden.
Es können aber auch schnellere Stepper-Motoren* verbaut werden. Manchmal wird die Geschwindigkeit eines 3D-Druckers durch die Geschwindigkeit dieser Motoren limitiert. Wenn die sonstige Konstruktion stark genug ist, um höhere Druckgeschwindigkeiten zu unterstützen, ist dies ein sinnvolles Upgrade, um die Geschwindigkeit zu verbessern.
Verwendung von Klipper als Firmware
Um die Druckgeschwindigkeit eines FDM 3D-Druckers zu verbessern, kann Klipper als Firmware benutzt werden. Bei dieser Firmware können Daten aus einem Beschleunigungssensor am Druckkopf dazu verwendet werden, um die Druckgeschwindigkeit erheblich zu erhöhen, ohne dabei Druckfehler zu produzieren.
Der hauptsächliche Faktor, der die Druckgeschwindigkeit einschränkt, sind die Vibrationen, die im Druckkopf entstehen. Je schneller der Druckkopf seine Bewegungsrichtung ändert, desto stärker werden diese Vibrationen. Druckfehler, die durch solche Vibrationen ausgelöst werden, werden daher immer stärker, je höher die Druckgeschwindigkeit ist.
Mit dem Beschleunigungssensor werden in einer Kalibrierung die Vibrationen im Druckkopf gemessen. Aus den gewonnenen Daten kann Klipper die Bewegungen des Druckers so steuern, dass sie so wenig Vibrationen wie möglich erzeugen.
Ich habe schon häufig mit Klipper gearbeitet, eines der beeindruckendsten Beispiele war jedoch der Einsatz des Creality Sonic Pads beim Ender 3 V2. Die Druckqualität, die ich bei 50 mm/s ohne Klipper erreichte, konnte ich mit Klipper noch bei 250 mm/s erreichen!
Es sind also nicht immer nur Verbesserungen der Hardware, die die Druckgeschwindigkeit verbessern können, auch die Firmware hat einen sehr großen Einfluss darauf.
Verwendung anderer 3D-Druckmaterialien
Bei FDM 3D-Druckern kann die Auswahl von qualitativ hochwertigen Filamenten die Druckgeschwindigkeit erhöhen. Druckfehler entstehen mit solchen Filamenten weniger häufig. Bei Resin 3D-Druckern unterscheiden sich die verschiedenen Resine teilweise stark in ihrer Aushärtezeit.
Außerdem hat die Transparenz des verwendeten Kunstharzes einen großen Einfluss auf die Aushärtezeit. Transparente Resine benötigen sehr viel länger als ein matter und schwarzer Resin. Die Fähigkeit, das Licht und damit die Energie zum Aushärten zu absorbieren ist bei dunklen Resinen sehr viel besser, womit sie schneller aushärten.
Verbesserung der Druckdauer von 3D-Druckern
Die Druckdauer eines FDM 3D-Drucks wird nicht nur von der reinen Druckgeschwindigkeit beeinflusst. Es spielen auch eine Reihe anderer Faktoren eine Rolle dabei, wie lange ein Objekt zum Drucken benötigt.
Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit
Die Bewegungsgeschwindigkeit eines FDM 3D-Druckers bestimmt die Geschwindigkeit der extrusionslosen Bewegungen. Eine Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit verringert die Druckdauer. Dabei beträgt die Bewegungsgeschwindigkeit oft mehr als das Doppelte der Druckgeschwindigkeit.
Die Bewegungsgeschwindigkeit darf aber auch nicht zu hoch eingestellt werden, da es sonst zu den typischen Druckfehlern wie Ringing oder Ghosting kommen kann.
In extremen Fällen kann es auch zu einem Layer Shift kommen. Dann ist die Geschwindigkeit so hoch, dass die Zahnriemen durchrutschen oder das Objekt verrutscht.
Erhöhung der Schichthöhe
Falls die Oberflächenbeschaffenheit bei einem FDM Druck zweitrangig ist, verringern dickere Schichten die Druckdauer massiv.
Um den Einfluss der Schichthöhe zu demonstrieren, habe ich dasselbe Objekt mit verschiedenen Schichthöhen in Cura gesliced. Die Druckdauer nimmt rapide ab, je höher die Schichten werden. Daher benötigen besonders feine 3D Drucke extreme lange, um gedruckt zu werden.
In diesem Artikel erfährst du, welche Schichthöhen du mit deiner Nozzle umsetzen kannst.
Erhöhung der Linienbreite
Wird die Linienbreite eines 3D Drucks erhöht, verringert sich die Druckdauer. Die gleiche Menge an Material wird dann in weniger Zeit gedruckt.
Die Linienbreite verhält sich bei der Verringerung der Druckdauer ähnlich wie die Schichthöhe. Je mehr Filament auf einmal extrudiert wird, desto schneller ist der Druck fertig.
Wie breit die Linien sein können, wird von dem Durchmesser der Nozzle bestimmt. In diesem Artikel erfährst du die Abhängigkeit zwischen Durchmesser der Nozzle und der Linienbreite.
Erhöhung der Infill Druckgeschwindigkeit
Eine Erhöhung der Druckgeschwindigkeit im Inneren des Objekts verringert die Druckdauer. Der Infill, also das Material im Inneren, ist verborgen, womit die Druckqualität dort irrelevant ist.
In vielen Standardprofilen von 3D-Druckern ist die Druckgeschwindigkeit des Infills genauso eingestellt wie die normale Druckgeschwindigkeit. Hier hast du großes Potenzial, Zeit beim Drucken zu sparen.
Da die Druckqualität im Inneren des Objekts irrelevant ist, kannst du hier ruhig mit 150% der normalen Druckgeschwindigkeit starten und die Auswirkungen beobachten.
Verwendung des Combing Mode in Cura
Durch den Combing Mode in Cura werden die Pfade des Druckkopfes während extrusionslosen Bewegungen bestimmt. Je nach Geometrie des Objekts können durch eine Optimierung dieser Bewegungen bis zu 25% der Druckzeit gespart werden.
Falls du den Combing Mode in Cura nicht finden solltest, musst du als erstes die Einstellung sichtbar machen. Über das Menü kannst du die Sichtbarkeit der einzelnen Einstellungen aktivieren oder deaktivieren.
Ich aktiviere immer alle Einstellungen, auch wenn dies am Anfang etwas verwirrend und unübersichtlich sein kann. Du kannst bestimmte Einstellungen dann aber auch über die Suche schnell finden.
Du kannst die Einstellungen so anpassen, dass der Druckkopf entweder nur über Infill Bereiche des Objekts fährt, über gar keine schon gedruckten Oberflächen oder nur die Außenhaut vermeidet.
Falls du mehr über diesen Modus in Cura erfahren möchtest, solltest du dir diesen Artikel anschauen.
Fazit
Die Geschwindigkeit eines 3D-Druckers hat einen großen Einfluss auf das endgültige Ergebnis. Damit das Ergebnis eine hohe Qualität aufweist, darf die Geschwindigkeit nicht zu hoch sein, damit keine Druckfehler auftauchen.
Um die Schwelle zu verzögern, ab der solche Druckfehler auftauchen können, gibt es diverse Verbesserungen, die du am Drucker selbst und an seiner Firmware vornehmen kannst.
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