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3D-Druck im Smart-Home & Review Creality3D CR-10 3D-Drucker

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Manche selbst gebastelte Smart-Home-Lösung mag funktional zwar unseren Ansprüchen genügen, sieht aber optisch recht wild aus. Um hier auch den wichtigen WAF (Wife Acceptance Factor) (siehe Die Smart-Home Psychologie) zufrieden zu stellen und Ordnung ins smarte Heim zu bringen, dachten wir uns: „Das kann man ja auch in ein Gehäuse schrauben.”

Hier gibt es zwar auch fertige Lösungen, jedoch sind diese entweder viel zu groß und eben nicht groß genug. Also folgerten wir: „Selber passende Gehäuse entwerfen – und dann noch die ganzen Halter die man sonst auch irgendwie brauch.”

Das Ende der Geschichte war, dass wir uns 3D-Drucker zugelegt haben… Diese sind ja seid einigen Jahren recht bezahlbar geworden – Vor allem Modelle aus Asien. Hier hat es uns der Creality3D CR-10 angetan, den man bei GearBest immer wieder für um die 340 EUR bestellen kann. Da wir zwar beide Erfahrung im Thema Konstruktion haben, jedoch noch nix mit 3D-Druckern am Hut hatten, haben wir uns mit Reviews auf anderen Seiten schlau gemacht und dort wurde das Modell von Creality3D empfohlen.

Vorher / Nachher

Wieso 3D-Druck im (Smart-)Home?

Dieser Beitrag wird sozusagen der Starter zu einem Bereich auf unserem Blog, in dem wir einige Themen rund um den 3D-Druck behandeln möchten. Dabei möchten wir natürlich auch den Bezug zum Smart-Home herstellen und Euch Anregungen geben, für welche Anwendungen Ihr 3D-Drucke anwenden könnt. Wir denken hier konkret an Gehäuse, Halter für Peripherie und Sensoren. Im Laufe der Zeit werden wir hier die Beiträge dazu verlinken.

Folgende Themen möchten wir behandeln:

  • Was wird für den Einstieg benötigt?
  • Woher bekomme ich die Druckdaten für den Drucker?
  • Wie entwerfe ich eigene Modelle?
  • Wie bereite ich die Modelle zum drucken vor? (Slicing)
  • Wie kann ich den Drucker (mit selbst gedruckten Teilen) optimieren?

Daher wird dieser Beitrag kein herkömmliches Review in dem wir stur das Gerät vorstellen, sondern wir versuchen anhand des Druckers Euch die Vorteile des 3D-Druckes schmackhaft zu machen.

Review Creality3D CR-10 3D-Drucker

Der Drucker, der nach dem FDM-Prinzip funktioniert, bietet eine Druckfläche von 300 mm x 300 mm und ein Druckhöhe von 400 mm. Der Druckkopf ist mit einer 0,4 mm großen Düse ausgestattet und erlaubt eine Schichthöhe von 0,1 mm. Der Drucker ist für Materialien wie PLA, ABS, PET, Nylon oder TPU geeignet. Durch das beheizte Druckbett sind auch schwieriger zu verarbeitende Filamente möglich. Der Durchmesser des Filaments entspricht 1,75 mm  im Durchmesser.

Creality CR-10

Dem Drucker liegt zwar eine kleine Rolle Filament bei, jedoch empfiehlt es sich hier gleich eine Rolle (1kg) PLA in gewünschter Farbe mitzubestellen.

Lieferung

Die Bestellung wurde über die internationale Webseite von GearBest aufgegeben – Meist sind Rabattcodes im Umlauf, mit denen man noch einige Prozente auf den Preis bekommt. Wichtig ist hier das man die Versandart “Germany Express” wählt, da hier GearBest die Verzollung  😆 übernimmt.

Nach ungefähr 2 Wochen kam das Paket per Hermes Versand an. Die Sendungsverfolgung ist, wie von GearBest gewohnt, sehr lückenhaft bzw. erst möglich, wenn das Paket in Deutschland angekommen ist.

Inhalt und Zusammenbau

Im relativ großem Paket ist, gut verpackt, der Drucker selbst sowie einiges an Zubehör untergebracht. Der Inhalt sieht wie folgt aus:

  • 3D-Drucker (Zweiteilig, Grundgestell und Aufbau)
  • Controller-Box
  • Glasscheibe
  • Vier Aktenklammern zur Fixierung der Glasscheibe
  • eine kleine Rolle weißes PLA-Filament
  • Krepp-Klebematten
  • Spachtel
  • Seitenschneider
  • Micro-SD-Karte
  • Werkzeug zur Montage
  • Ersatzteile
  • Netzkabel
  • Bauanleitung (miese Google Übersetzung)

Der Drucker selbst besteht aus 2 Baugruppen die bereits vormontiert sind und nur noch mit 4 Zylinderschrauben sowie zwei T-Stücken verbunden werden müssen. Hier empfiehlt es sich vor der Montage die farbigen Abdeckungen aus den Profilen bei der Montagestelle zu entfernen, weil sonst der Aufbau darauf aufliegt. An unseren Modellen mussten wir diese mit der Schere kürzen, da sie zu lang waren.

Auf jedenfall sollte man auch hier gleich mal alle Schrauben am Drucker nachziehen! Zum Schluss müssen wir noch die T-Stücke rechts und links anbringen – dies kann mitunter ganz schon tricky sein, möchte man die T-Nutensteine sauber positionieren. Es hilft hier die Schraube sehr weit rauszudrehen, den Winkel anzulegen und dann mit einer schnellen Drehung an der Schraube den Nutenstein in Position zu bringen. Der Winkel mit dem Endschalter kommt auf die linke Seite.

Am Ende muss man noch die zwei Wurmschrauben an der Z-Achse fixieren, da diese zum Transportschutz nicht angezogen sind. Die Glasscheibe befreien wir von der Schutzfolie und legen sie auf das Alu-Bett. Anschließend fixieren wir sie mit den Aktenklammern.

Die Controlbox stellen wir links neben dem Drucker auf. Hier prüfen wir zunächst, ob die korrekte Spannung am Wählschalter auf der rechten Seite der Box eingestellt ist (220V) und machen uns anschließend ans verkabeln. Sämtliche Kabel Richtung Drucker sind mit kleinen Fähnchen beschriftet – hier kann man fast nichts falsch machen.

 

Die Kabel mit den Mikrofon-Steckern dran für Heizbett und Extruder können auch nicht vertauscht werden, da sie unterschiedlich geformt sind und nur in eine Buchse passen.

Exkurs: Welche Daten benötige ich zum drucken?

3D-Modell (STL)

Zunächst wird ein 3D-Modell benötigt. Dies wird mit einem CAD-Programm erstellt und anschließend in ein Format exportiert das vom Slicer (siehe weiter unten) gelesen werden kann. Es gibt eine Vielzahl von CAD Programmen, die für die unterschiedlichsten Anwendungen (Maschinenbau, Architektur, Elektrotechnik) optimiert sind. Für den 3D-Druck sind hier Programme aus der Branche Maschinenbau sinnvoll.

Auch hier gibt es eine größere Auswahl an kostenlosen CAD-Programmen (Autodesk Fusion 360, TinkerCAD, SCAD) oder kostenpflichtigen und für Privatanwender fast zu teueren Anwendungen (PTC Creo, CATIA, Inventor, SolidWorks).

Da jedes CAD-Programm ein eigenes Dateiformat für seine Daten hat, wurden mehrere Austauschformate entwickelt, die die Weitergabe der Modelle ermöglichen. Dazu gehört das STEP sowie das STL (Stereolithographie) Format.

Es ist nicht immer notwendig, selbst ein 3D-Modell zu erstellen. Es gibt unzählige Seiten im Internet, die den Download von vorgefertigten 3D-Modellen zum privaten Gebrauch ermöglichen. So sind z.B. Thingiverse.com oder MyMiniFactory eine gute Anlaufstelle zur Recherche.

G-Code

Um am Ende ein fertiges Modell vom Drucker nehmen zu können sind einige Schritte notwendig. Der 3D-Drucker “versteht” nur Maschinen-Code, sogenannten G-Code oder DIN/ISO-Code. Dieser ist genormt und wurde ursprünglich zur Steuerung von CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen entwickelt.

Im Grunde genommen gibt der G-Code Befehle in Form von Koordinaten wieder. Angenommen ich möchte von meinem Maschinen-Nullpunkt X0 Y0 Z0 in X-Richtung eine Bewegung von 20mm nach rechts machen, so ist der G-Code hierfür G1 X20 F1500. Dieser Befehl teilt der Maschine mit: Fahre im Arbeitsvorschub G1 auf die Position X20 mit der Vorschubgeschwindigkeit 1500mm/min (F1500).

Dieser Code kann noch mit weiteren Zusatzbefehlen ergänzt werden, z. B. bei 3D-Druckern den Materialvorschub für den Extruder. Einen Überblick über den Großteil der G-Codes findet ihr in der RepRapWiki: http://reprap.org/wiki/GCode.

Slicer

Slicer sind sozusagen die Brücke zwischen 3D-Modell und G-Code. Sie generieren aus dem 3D-Modell einen G-Code, der speziell an die Druckumgebung angepasst ist. So spielen hier neben dem 3D-Modell auch Spezifikationen des Druckers (Arbeitsraum, Düsendurchmesser, Vorschubgeschwindigkeiten, Firmware), das verwendete Material (Filamenttyp und durchmesser) und sogar Umgebungseinflüsse wie Lufttemperatur und Feuchtigkeit eine Rolle für den erfolgreichen 3D-Druck.

Deshalb findet man im Normalfall keinen G-Code zum Download, sondern muss diesen selbst generieren.

Auch die Konstruktion von Stützelementen und Hilfsobjekten findet im Slicer statt. Lösungen gibt es hier neben kostenlosen Programmen (Slic3r, Cura) auch kostenpflichtige Programme (Simplify3D). Der Funktionsumfang ist mehr oder weniger gleich, hier sollte man seinen persönlichen Präferenzen folgen.

Wir verwenden in unseren Beiträgen das kostenpflichtige Simplify3D – jedoch sind alle Einstellungen auch mit anderen Programmen möglich.

Verarbeitung des CR-10

Der CR-10 besteht aus einem Gestell aus Alu-Profilrohren zusammengeschraubt wird. Zum Teil sind die Profile mit orangenen oder blauen Gummiabdeckungen verschlossen. Die Führung der Achsen ist mittels ins Alu-Profil passende Führungsrollen umgesetzt. Das Spiel lässt sich über eine exzentrische Mutter an einer der Rollen einstellen. In der Z-Achse ist zusätzlich eine Trapezspindel mit Schlossmutter verbaut.

Display Melziboard

Der Antrieb der Achsen erfolgt über NEMA 17 Stepper-Motoren. X- und Y-Achse über Zahnriemen, Z-Achse über die Trapezspindel, die über eine Wellenkupplung verbunden ist. Die Riemenspannung lässt sich einstellen. An einer Seite jeder Achse befindet sich ein Micro-Schalter der als Endschalter für die Steuerung fungiert.

Detail Führung

Der Extruder hat eine Messing-Düse mit dem Durchmesser von 0,4 mm und wird über einen Bowdenzug von einem weiteren NEMA 17 mit Filament versorgt. Der Extruder besteht aus einem luftgekühltem Coldend aus Aluminium und einem mit Glasfasergewebe isoliertem Hotend das bis auf Temperaturen von 285 °C erhitzt werden kann. Seitlich am Druckkopf befindet sich ein Bauteilkühler in Form eines Radial-Lüfters.

Der Drucktisch besteht aus einer Aluminiumplatte, die federnd gelagert ist, auf ihr wird eine 30 x 30 mm große Glasplatte montiert, die per Aktenklemmen in Position gehalten wird. Der Tisch ist über eine 12V Heizmatte auf der Unterseite des Tisches beheizt.

Bei einem Blick in die blecherne Kontrollbox finden wir ein regelbares Netzteil (12V) mit eigenem, temperaturgesteuertem Lüfter, eine Endstufe für das Heizbett sowie das Controller-Board vom Typ Melziboard inklusive Display und zwei weitere Gehäuselüfter. Die Komponenten sind alle korrekt an die Erdung angeschlossen.

Das Display selbst ist ein blau beleuchtetes LCD-Display mit einem Drehknopf zur Steuerung.

Einblick Netzteil

Erste Schritte

Nach dem Einschalten begrüßt der Drucker uns mit lautem Lüfter-Geräuschen (das war auch eines der ersten Dinge die wir gewechselt haben). Im blau beleuchteten Display werden, sofern wir alles korrekt angeschlossen haben, vier Temperaturwerte, Werte zu X, Y und Z und einige andere Werte anzeigt.

Druckbett nivellieren

Bevor man nun den ersten Druck startet, sollte man das Druckbett nivellieren. Dazu sind an der Unterseite des Druckbetts vier Einstellschrauben, mit denen man die Höhe des Betts kalibrieren kann. Zunächst muss man hierzu in der Z-Achse auf den Home-Punkt (sprich Endschalter) fahren – das kann man über das Menü der Control-Box. Hierdurch werden alle Achsen nacheinander auf die Endschalter gefahren.

Creality CR-10 XYZ

Die Druckdüse sollte nun wenige Millimeter über der Glasplatte schweben. Nun kann man anfangen mittels den Stellschrauben an den Ecken den Tisch so zu kalibrieren, damit unter den Druckkopf durchgehend ein Blatt Papier passt. Zwischen den Eckpunkten kann man den Tisch beziehungsweise den X-Schlitten bewegen – die Z-Achse sollte jedoch nicht bewegt werden.

Bed Leveling

Hat man diesen Vorgang abgeschlossen und ist mit dem Resultat zufrieden, kann man mit dem nächsten Schritt weitermachen. Man sollte sich jedoch Zeit dafür nehmen, da das spätere Druck-Ergebnis stark davon abhängt, wie genau man den Tisch eingestellt hat. Bei uns was z.B. die Glasplatte zur Mitte hin uneben – hier hilft es manchmal die Glasplatte umzudrehen oder ggf. an einigen Stellen zu unterbauen.

Druckbett vorbereiten (Haftung optimieren)

Abhängig vom Material und der Modell-Dimension muss das Druckbett entsprechend vorbereitet werden. Manche Materialien lassen sich direkt auf die Glasfläche drucken, für manche empfiehlt es sich Krepp-Klebeband oder Klebestift als Haftvermittler aufzutragen. Dies muss individuell für jedes Teil festgelegt werden und erfordert auch ein wenig experimentieren mit den verschiedenen Möglichkeiten.

Wir haben mit Krepp-Klebeband sowie manchmal zusätzlich etwas Klebestift die besten Ergebnisse erhalten.

 

Druckdaten vorbereiten

Modell auswählen

Wer direkt loslegen möchte, findet auf der SD-Karte, die im Lieferumfang enthalten war ein vorbereitete G-Code Datei, die man direkt starten kann. Hier wird ein Modell einer Katze ausgedruckt. Leider ist der G-Code nicht besonders für den Drucker optimiert. So macht es mehr Sinn, sich ein Modell aus dem Internet herunterzuladen und dieses dann selbst zu slicen.

Wir nehmen in unserem Beispiel den allseits beliebten Kalibrierwürfel – Mit diesem kann man auch gleich überprüfen, wie maßgenau unser Drucker eigentlich druckt.

Das Modell im STL-Format können wir auf der verlinkten Seite kostenlos herunterladen.

XYZ 20mm Calibration Cube by iDig3Dprinting

Das Modell ist ein einfacher Würfel mit 20 mm Kantenlänge. Diesen laden wir nun in unsere Slicing Software (bei uns das kostenpflichtige Simplify3D) und bereiten den Druckprozess vor.

Modell slicen

Zunächst müssen wir, nachdem wir das Modell ins Programm geladen haben den Druckprozess gemäß unserem Drucker anpassen. Bei den meisten Slicing-Programmen sind bereits Grundprofile hinterlegt, die auf die verschiedenen Drucker abgestimmt sind. So auch für unseren CR-10.

In diesem Beitrag gehen wir nicht auf die Detail-Einstellungen im Slicer ein, sondern verfahren mit den Standardeinstellungen, die uns der Slicer vorgibt und erstellen die GCode-Datei die wir auf unsere SD-Karte aufspielen.

Filament einlegen

Mit der SD-Karte im Drucker legen wir zunächst das Filament in den Drucker ein. Dazu müssen wir jedoch die Düse auf Temperatur bringen, damit das Filament auch flüssig aus der Düse laufen kann. Die Filament-Rolle hängen wir auf den Spulenhalter am Gehäuse der Control-Box. Dieser Halter kann später auch an anderen Positionen angebracht werden.

Filament einlegen

Die Heizung der Düse können wir per Menü in unserer Controlbox aktivieren. Im Menüpunkt “Prepare” findet sich der Punkt “Prepare for PLA”. An der Temperaturanzeige sollte nun die Temperatur von ca. 200°C angezeigt werden und die IST-Temperatur langsam steigen.

Ab ca. 170°C können wir das Filament in den Extruder einführen, indem wir die Klemme am Extruder (Das gelbe Teil) betätigen und das Filament soweit einführen, bis wir leichten Widerstand spüren. Evtl. tropfen die ersten Filament-Tropfen aus der Düse – dies ist jedoch vollkommen normal.

Druck starten

Anschließend können wir direkt das GCode-Programm auf der SD-Karte zum Druck starten. Wir wählen es auf der Controlbox aus und starten den Vorgang. In der Regel werden zunächst Düse sowie Druckbett auf Betriebstemperatur gebracht, anschließend der Home-Punkt in allen drei Achsen angefahren und dann wiederum der Druckvorgang gestartet.

Ein wichtiger Punkt für einen erfolgreichen Druck ist die Haftung und Ausprägung der ersten Schicht (auch Layer genannt) auf dem Druckbett. Sollte diese sich leicht ablösen, so kann der Druck unter Umständen schneller scheitern als gedacht. Oft aber auch erst am Ende des Druckes, wo es dann besonders ärgerlich ist. Daher sollte man die ersten Layer sehr gut beobachten und gegebenenfalls den Druck nochmals abbrechen um den Prozess zu optimieren. (Zu diesem Thema werden wir auch in einem künftigen Beitrag etwas detaillierter berichten)

Das erste Teil aus dem Drucker

Unser erster Ausdruck, nachdem wir das Druckbett richtig kalibriert hatten, auf Anhieb funktioniert und der Kalibrierwürfel kam mit einer Toleranz von +/- 0,1 mm aus dem Drucker raus. Diesen Wert kann man natürlich noch weiter mit den Druckparametern optimieren, aber für “Out-of-the-box” waren wir doch sehr positiv überrascht. Einzig den Zahnriemen an der X-Achse mussten wir etwas nachspannen, da dieser etwas zu viel Spiel hatte.

 

Materialien

Der CR-10 druckt laut Hersteller alle üblichen, druckbaren Materialien wie PLA, ABS, PET(G), Nylon, TPU und Holz- sowie GF-verstärkte Kunststoffe. Wir haben PLA, ABS sowie PET an unserem Drucker getestet. Bis auf ABS konnten wir alle Materialien auf Anhieb nutzen und habe gute Ergebnisse bekommen. Für ABS mussten wir ein paar Modifikationen am Drucker vornehmen, damit wir die Temperatur des Heizbetts auf akzeptable Werte brachten. Durch die Tatsache, dass hier ein 12V-Heizbett verbaut ist, dauert das aufheizen etwas länger.

Wir haben verschiedene Hersteller von Filamenten getestet und haben mit den folgenden Produkten gute Erfahrungen gemacht:

PLA – 1,75 mm – Drucktemperatur 195 °C – Bett-Temperatur (die ersten 5 Layer): 50 °C

 

ABS – 1,75 mm – Drucktemperatur 220 °C – Bett-Temperatur: 95°C

 

PET – 1,75 mm – Drucktemperatur 230 °C – Bett-Temperatur (die ersten 10 Layer): 50 °C

 

 

Sinnvolle Modifikationen

Das schöne an der 3D-Druck-Geschichte, ist das man sich die Modifikationen für den Drucker selbst ausdrucken kann. Der CR-10 ist durch seine Verbreitung mit einer großen Community gesegnet. Hier stellen wir Euch einige sinnvolle Mods vor, die Euren Drucker verbessern.

Zunächst kümmern wir uns um die Krachmacher – die Lüfter. Diese können mit etwas Lötarbeit durch leisere Modelle ersetzt werden.

Lüfter am Druckkopf

Noctua NF-A4x10 FLX 40mm Lüfter*
Noctua - Personal Computers
12,90 EUR

Lüfter in der Control-Box

Lüfter #2 in der Control-Box

Angebot

Außerdem empfehlen wir folgende Mods auszudrucken und zu montieren:

Creality CR-10 Filament Guide by Greg191134 Creality CR-10 Strain relief bracket for heated bed cable by Greg191134 CR-10 leveler [300×300 bed] by pixel2 Flexible Filament Extruder Upgrade for Creality CR-7, CR-10, Afinibot A5, A31 by joshvv

 

Grundausstattung

Damit man auch richtig Spaß an der Sache hat, empfehlen wir Euch, ein paar Werkzeuge, die Ihr für das Postprocessing Eurer Drucke nutzen könnt.

Messuhr zum Bett ausleveln – Hierfür gibt es bei Thingiverse mehrere Halter

Entgratwerkzeug

GEDORE Entgrater, 1 Stück, 8730*
Gedore Werkzeugfabrik GmbH & Co. KG - Misc.
16,24 EUR

Pinzetten zum Filamentfäden während des Druckes entfernen

Messer zum Teile entgraten

PEARL Skalpell mit 20 Klingen*
PEARL - Bürobedarf & Schreibwaren
5,84 EUR

Klebestifte um die Bauteilhaftung zu verbessern

 

 

Fazit

Alles in allem gefällt uns der Creality3D CR-10 sehr gut. Durch die fast vollständige Vormontage ist er sowohl für Einsteiger als auch für fortgeschrittene Anwender geeignet und durch das Druckvolumen eine interessante Alternative für größere Projekte.

Toll ist, dass es eine riesige Community hinter dem Drucker gibt, die allerlei Verbesserungen und Troubleshooting für den Drucker bietet. Einzig die hohe Lautstärke der Lüfter und die unebene Glasplatte haben unseren Spaß an diesem Gerät etwas getrübt.

Sofern man den Platz für den Drucker hat (und die Erlaubnis der Frau bzw. Freundin) und in das Thema 3D-Druck für relativ wenig Geld einsteigen möchte, geben wir hier eine klare Empfehlung für das Gerät.

Creality3D CR-10

Creality3D CR-10
9.3

Verarbeitung

9/10

Features

9/10

Community

10/10

Preis

10/10

Positiv

  • Großer Druckraum
  • Durchdachte Konstruktion
  • Einfache Montage
  • Große Community

Negativ

  • Lüfter sehr laut
  • Heizbett langsam
  • Glasplatte unebend
  • Anleitung schlecht übersetzt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Patrick

Gründer und Autor von frombeyond.de – Seit 25 Jahren im Bereich IT unterwegs, leidenschaftlicher Computerspieler, Technik-Freak und begeistert von allem was einen Motor (Auto/Motorrad/Flugzeug) hat.

Nutzt Zuhause openHAB2 zusammen mit HomeMatic Komponenten sowie netatmo als Wetterstation. InfluxDB und Grafana zur Auswertung.

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