Kostenlose Konstruktionsdaten: DIY Großraum-3D-Drucker

Aranca Ehret | 15. November 2022

Bauteile mit einer Größe von bis zu einem Meter selbst 3D drucken? Das ist auch heutzutage noch etwas Besonderes. Desktop-Drucker mit Bauteilgrößen von bis zu 300 mm sind mittlerweile fast schon alltäglich geworden. Es gibt eine Vielzahl von Geräten und Herstellern. Je nach Hersteller und ob man einen Bausatz oder einen schon fertig montierten Drucker erwirbt, liegen die Anschaffungskosten in der Regel zwischen 500 € und 10.000 €. Die Auswahl von bezahlbaren 3D-Druckern mit einer maximalen Bauteillänge von 1.000 mm und mehr ist jedoch noch sehr begrenzt. Hier liegen die Kosten in der Regel bei 40.000 € und mehr.

Dabei haben Kunden schon mehrfach bewiesen, dass der igus® Baukasten auch für den Bau von Großraum-3D-Druckern sehr gut geeignet ist. So wurden zum Beispiel drylin® Mehrachs-Portale in einem Großraum-3D-Drucker für Hausfassaden eingesetzt.

Das hat sich auch das 3D-Druck-Team bei igus® zunutze gemacht, und hat sich seinen eigenen Großraumdrucker für den igus® 3D-Druck-Service gebaut.

Was waren die größten Herausforderungen beim Bau und der Inbetriebnahme des Großraum-3D-Druckers?

Zunächst gilt es bei der Auslegung eines solchen 3D-Druckers eine steife Konstruktion zu wählen, da durch die größeren Abmessungen die Durchbiegung und Schwingungen des Druckers die Funktion sehr stark einschränken. Außerdem gilt es insbesondere bei einem beheizten Druckbett die enorme Wärmeausdehnung auszugleichen (z.B. wird bei einem Aluminium-Druckbett von 1 Meter Länge bei 50 °C Temperaturdifferenz eine Wärmeausdehnung von mehr als 1 mm erreicht). Dieses Problem wird beispielsweise dadurch gelöst, dass das Druckbett schwimmend gelagert wird und sich so das Druckbett ausdehnen kann, ohne den Drucker zu verformen. Weiterhin wird vor dem Drucken das Druckbett abgetastet und so Unebenheiten über die Software ausgeglichen.

Beim eigentlichen 3D-Druck der Bauteile ist ebenfalls die Maßänderung durch Temperaturdifferenzen (Schwindung) des Kunststoffbauteils die größte Herausforderung. Denn bei einer zu großen Schwindung wird entweder das Bauteil nicht maßhaltig oder das Bauteil löst sich vom Druckbett. Wie im regulären Filament-3D-Druck kann durch folgende Maßnahmen gegengesteuert werden:

Zum einen sollte ein Material mit sehr geringer Schwindung verwendet werden. Im Folgenden wurde die Schwindung beispielhaft für ein Kunststoffteil mit einem Meter Länge aus drei unterschiedlichen gängigen Materialien ausgerechnet:

ABS: 5mm

PETG: 3 mm

PLA: 1mm

Zum anderen ist es sinnvoll, die Temperaturdifferenz zu reduzieren, z. B. durch einen beheizten Bauraum. Dadurch findet ein Teil der Schwindung erst statt, wenn das Bauteil fertig gedruckt ist und das Bauteil mit dem Drucker zusammen abkühlt. In dem hier gebauten Drucker wird keine aktive Heizung verwendet, da dies bei so einer Größe seine ganz eigenen Herausforderungen mit sich bringt. Durch die Einhausung und das beheizte Druckbett gibt es jedoch eine passive Beheizung der Luft, was hier auch schon hilft.

Welche Komponenten wurden verbaut?

Beim Bau des Großraum-3D-Druckers sind folgende igus®-Komponenten zum Einsatz gekommen:

• X-Y-Achsen: Independent Dual Extruder (IDEX) mit drylin® W und N Profilen
• drylin® R Hohlprofilwelle für die Übertragung der Antriebsmomente an die Riementriebe
• drylin® N und Trapezgewindeantriebe für die Z-Achse
• E2i.15 Energieketten zur Anbindung des X-Y-Portals
• drylin® E Nema 17 Motoren für die Z-Achse
• drylin® E Nema 23 Motoren für X- und Y-Achse – chainflex® CF9, CF298 und CF299 Leitungen für alle elektronischen Verbindungen
• xirodur® B180 xiros® Rillenkugellager im Filament-Spulenhalter für ein verbessertes Abrollen der Filament-Spule

Zudem wurde auch der hauseigene 3D-Druck-Service eingesetzt, um zum Beispiel Strukturbauteile, Halter, Riemenklemmen und Sonderanschlusselemente für die verbauten Energieketten herzustellen. Dabei wurde unter anderem das neue igus® Filament igumid® P190 verwendet. Das ist ein mit Kohlefaser verstärktes Filament mit einer unglaublichen Biegefestigkeit von bis zu 237 MPa und einem enormen E-Modul von 11.500 MPa. Zudem wurden die Sonder-Antriebsmuttern aus iglidur® i3 per Lasersintern hergestellt. Individuelle 3D-Druck-Bauteile können sehr einfach im igus® 3D-Druck-Service angefragt und bestellt werden. Dazu muss lediglich das STEP-Modell auf www.igus.de/idd hochgeladen werden. Dann nur noch das passende Material und die Stückzahl auswählen und direkt bestellen oder ein Angebot anfordern.

Konstruktionsdaten kostenlos herunterladen

Unter dem untenstehenden Link können Sie sich die Konstruktionsdaten kostenlos herunterladen. Dabei ist zu beachten, dass der Drucker speziell als DIY-3D-Drucker konzipiert ist. igus® ist kein Hersteller von 3D-Druckern und wird daher auch keinen Support beim Aufbau des 3D-Druckers anbieten können.

Eckdaten des DIY-Großraum-Druckers:

• Bauraumabmessungen: ca. 1000x500x500 mm
• Außenabmessungen: ca. 1612 x 816 x 800 mm
• Gewicht: ca. 40-60 kg
• Steuerung: Duet3D-System mit Touchscreen-Interface
• Druckkopf: zwei unabhängige Druckköpfe, Direct Drive, Modell und Düsendurchmesser frei wählbar
• Drucktisch: Aluminium-Gussplatte 10 mm
• Reine Aufbauzeit: ca. 3-5 Tage (wenn alle Komponenten bereitliegen und zuzüglich eventueller Recherche)

Was haben wir aus dem Aufbau gelernt?

Keep It Simple – Auch wenn es viele schöne Möglichkeiten gibt, z. B. möglichst viele Funktionen in ein Bauteil zu integrieren oder möglichst elegante Lösungen zu konstruieren, ist der einfachere Weg oft der effektivere.

Vorsicht Werbung: drylin® ist ein toller Baukasten!

Energieketten sind ein wichtiger Bestandteil einer Maschine, sobald sich Komponenten oder Baugruppen zueinander bewegen – egal, in welchem Umfang – und sollten frühzeitig bei der Konstruktion einbezogen werden. Ab einer gewissen Größe von Filament-3D-Druckern ist es zudem sinnvoll, über Granulat statt Filament als Ausgangsmaterial nachzudenken. Da der hier vorgestellte Drucker modular aufgebaut ist, sollte er sich ebenfalls mit einem Granulat-Extruder ausstatten lassen.

Weitere Informationen zum 3D-Drucker-Bau gibt’s hier:

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