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Filamentextruder – Meine Filamentproduktionsanlage

Filament zu produzieren ist gar nicht so einfach, vor allem, wenn die Maße stimmen sollen. Die beiden Standarddurchmesser von 1,75mm und 3mm stelle ich mittlerweile recht genau her. Dafür waren viele Versuche mit den verschiedenen beteiligten Faktoren notwendig. Eins der Setups möchte ich hier einmal zeigen:

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Extruder reparieren

Die Lager (TC815) aus China sind endlich da. Ich kann meinen Extruder wieder aufbauen. Bei dieser Gelegenheit habe ich allerdings auch eine Änderung geplant.

Mir war aufgefallen, dass der Bohrer, der als Extruderschnecke dient, ziemlich krumm ist. Dadurch bedingt musste sich der Antrieb ziemlich quälen, da es unweigerlich dazu kam, dass sich die ganze Konstruktion im Betrieb einigermaßen verwunden hat. Ob der Bohrer schon bei Lieferung krumm war, oder irgendwann durch Hitzeeinwirkung oder den Lagerschaden krumm wurde, will und kann ich nicht bewerten. Zudem sollen meine Änderungen nicht als Kritik an der Konstruktion des Filastruder-Teams verstanden werden. Die Jungs haben ganze Arbeit geleistet.

Ein neuer Schlangenbohrer, oder auch schlicht Holzbohrer, war im Baumarkt schnell gefunden: Ein 16mm Bohrer mit 460mm Länge. Der mit dem Filastruderbausatz gelieferte Bohrer ist ein 5/8″-Bohrer, was ein wenig kleiner als 16mm ist. Das mitgelieferte Rohr ist ebenfalls nach US-Norm: 3/4″ UNC. Die gelieferte Kombination funktioniert. Leider kann man aber einen 16mm-Bohrer hier nicht benutzen. Er ist minimal zu groß im Durchmesser. Also wechsle ich auch das Rohr. Mit einem 1/2″-Rohr funktioniert die Paarung wieder. Kleiner Tip für den Besuch im Baumarkt: Die Rohre sind üblicherweise geschweißt und die entstehende Naht ist nur außen geglättet. Innen sieht man eine deutliche Schweißnaht. Zudem sind die Enden üblicherweise schlecht bearbeitet. Ein nach innen gerichteter Grat war nahezu an jedem von mir angesehenen Rohr zu finden. Aus diesen beiden Gründen und auch weil der Bohrer üblicherweise ganz geschickt eingepackt ist, kann man die Paarung im Baumarkt nur schlecht ausprobieren. Aber definitiv: 16mm Bohrer und 1/2″ Rohr passt. Alle Grate und Nähte müssen vor Montage gründlichst beseitigt werden!! Feile und Schleifpapier sind da gefragt. Je glatter das Rohr innen ist, desto besser funktioniert alles, da die Reibung minimiert wird. Mittlerweile habe ich festgestellt, dass das nicht stimmt, – ganz im Gegenteil. Durch das polierte Rohr drehen sich die Pellets einfach mit dem Bohrer mit und werden kaum in Richtung Düse gedrückt. Bis ich darauf gekommen bin, hat es eine Weile großes Erstaunen gegeben, warum nichts aus der Düse kam. Also: Schweißnaht entfernen ist richtig. Aber je rauher das Rohr innen ist, um so besser funktioniert es. Mit Rauh ist natürlich kein Dreck oder grober Schweißperlen und Ähnliches gemeint.

Da mir das gelieferte Rohr mit seinen 20cm immer schon zu kurz war, habe ich gleich ein 30cm Rohr genommen. Damit hat dann auch der Hopper (die Pelletzuführung) genug Platz.

Längenvergleich
Im Bild sieht man den Längenvergleich und den neuen Bohrer. Auf den Bohrer ist schon die Klemme aufgesetzt, die notwendig ist um den Druck der Pellets aufzunehmen. Der auf das Rohr aufgeschraubte Flansch ist scheinbar auch nicht so leicht zu beschaffen. In den umliegenden Baumärkten habe ich zumindest nur Schulterzucken geerntet. Erstens gibt es aber ebay und zweitens habe ich ja die zwei Flansche aus dem ursprünglichen Bausatz. Und die passen auch an den 1/2″-Rohren des hiesigen Sortiments.

Die Aussparung für die Pelletzuführung habe ich etwas weiter weg vom Flansch und damit auch weiter weg von der Halterung platziert. Mangels geeigneter Werkzeuge war es aber gar nicht so einfach diese Aussparung zu erzeugen. Letztlich habe ich es einfach an der Schleifmaschine runtergeschliffen. Zumindest sieht es jetzt ordentlich aus.
Ausschnitt für Pellets
Ich habe übrigens zuerst den Flansch aufgeschraubt und dann die Position des Einschnittes festgelegt. Dabei habe ich den Flansch so fest wie nur irgendwie möglich angezogen. Beim ersten Aufbau drehte sich nämlich das Rohr im Betrieb ein Stück weiter und damit lag die Zuführung nicht mehr da, wo ich sie haben wollte. Auch hier ein kleiner Tip: Zwei passende Schrauben durch gegenüberliegende Löcher des Flansches stecken. Den Flansch auf den Schraubstock von oben auflegen, wobei die Schrauben im Schraubstock eingespannt werden. Damit ist der Flansch schon mal gegen Drehung gesichert. Das Rohr mit einer Wasserpumpenzange greifen und festziehen. Dabei Greif- und Kratzspuren am Rohr möglichst vermeiden.

Im nächsten Schritt muss die Position und Länge des Bohrers festgelegt werden. Wie schon in der amerikanischen Anleitung richtig beschrieben, darf keinerlei Druck auf der Motorachse liegen. Dafür wird auch das Lager eingebaut. An der heißen Seite soll der Bohrer etwa 1/4″(etwa 0,65mm)  aus dem Rohr herausschauen. Der Rest des Bohrers wird abgeschnitten.
Überstand Bohrer
Na ja, es ist bei mir ein knapper Zentimeter. Passt aber.
Edit: Das muss ich mittlerweile korrigieren. Ich habe 4mm abgeschnitten, weil ich den Eindruck hatte, dass zwischen Bohrerspitze und Düse nicht genug Raum war, damit der Kunststoff durch die 3mm-Öffnung fließen konnte. Eindeutig eine Verbesserung.

Wichtig ist, Lagerposition und damit die Position der Klemme mit der Motoraufnahme so abzustimmen, dass im Betrieb der Bohrer in der Nuss am Motor nicht die Motorachse berührt. Wenn das so aufgebaut ist, kann am Bohrer die Schnittposition markiert werden.

So einen Bohrer abzuschneiden ist nicht so einfach. Der Stahl ist schon sehr hart. Eine normale Säge beißt sich da die Zähne aus. Also muss eine Flex her. Ohne Schleichwerbung machen zu wollen, kann ich für die ganzen Bastelarbeiten rund um das 3D-Thema die KGS80 von Proxxon sehr empfehlen.
Bohrer abschneiden 02
Das mitgelieferte Sägeblatt ist hier allerdings nicht zu gebrauchen. Aber es gibt eine Trennscheibe.
Trennscheibe
Mit dieser Scheibe läßt sich der Bohrer hervorragend abschneiden.
Bohrer abschneiden 01Bohrer gekürzt 02 Bohrer gekürzt 01
Dass der Schnitt nicht genau an der Markierung erfolgte liegt nicht an einer eventuellen Ungenauigkeit der Maschine, sondern ich hatte mir dabei was gedacht … Die Maschine an sich arbeitet bauartbedingt sogar sehr präzise.

Nachdem ich testweise alles zusammengebaut hatte, stellte ich fest, dass da noch irgendetwas schleift. Es stellte sich raus, dass die Klemme auf dem Bohrer an der Holzhalterung schleift. Vermutlich habe ich den Motor um 1 oder 2mm zu tief montiert. Also habe ich das Loch etwas erweitert.
Loch in Halterung
Zusammengebaut sieht es dann so aus.
Befestigung
Um die Pressung an den Kunstoffhülsen gleichmässig zu verteilen und einem Abrieb an der groben Gussoberfläche am Flansch entgegenzuwirken habe ich einige Unterlegscheiben dazugepackt. Auf der linken Seite lässt sich die Ungenauigkeit des Flansches ebenfalls durch Unterlegscheiben leicht ausgleichen. Flansche sind nämlich leider nicht so genau gefertigt, dass ein eingeschraubtes Rohr wirklich senkrecht steht. Das ist hier aber wichtig. Man kann hier auch ein wenig tricksen. Eine kleine Unterlegscheibe lässt sich etwas ins Holz drücken. Daduch erreicht man auch Maße, die unterhalb der Scheibendicke liegen. Ich weiß ja, dass das gegen die Handwerkerehre geht. Aber da müsste man am Extruder noch an ganz anderen Stellen nacharbeiten und umkontruieren. Nicht vergessen: Freilauf testen. Es sollte sich jetzt nichts mehr verwinden oder irgendwo schleifen. Der Bohrer sollte sich im Rohr frei drehen können. Die Schweißnaht im Rohr ist doch eingeebnet, – oder?

Der Aufbau der Abstützung in axialer Richtung ist zwar in der amerikanischen Anleitung auch ablesbar, sei aber der Vollständigkeit halber hier auch genannt: Klemme (gut befestigt!!), Scheibe, Lager (Innendurchmesser 1/2″), Scheibe, Kunststoffhülse (Weiß). Das Lager war ja bei mir verrostet und gebrochen. Deshalb ja der ganze Umbau. Mittlerweile habe ich ein Paar dieser Lager vorrätig. Wer eins benötigt kann mich gerne kontaktieren.

An der heißen Seite des Rohres steht jetzt der Bohrer ein kleines Stück heraus, auch wenn der Bohrer in das Lager gedrückt wird.
Dichtung
Man sieht hier schon das aufgebrachte Teflon-Dichtungsband. Da sich bei mir immer wieder Kunststoffschmelze durch die Verbindungsstellen quetschte, versuche ich mal damit abzudichten. Die Pelletzuführung muss noch aufgebaut werden:
Pelletzuführung aufbauen 01 Pelletzuführung aufbauen 02
Das Kaptonband und die Rohrschelle als Anschlag haben sich bei mir schon bewährt. Die Zuführung bleibt dadurch fixiert an Ort und Stelle. Durch die Wärmeausdehnung hatte das vorher zu Problemen geführt.

Jetzt muss nur noch das Hotend mit Muffe, Düse, Heizung und Thermosonde komplettiert werden. Dann Isolation drüber. Fertig.
Thermoisolation
Und läuft schon wieder gute 12 Stunden.

Einfahren nicht vergessen. Das erste halbe Kilo kann man aufgrund von Verunreinigungen mit Farb-, Öl- und Metallpartikeln nicht zum Drucken gebrauchen. Ebenso sollte beim Einfahren kein Filtereinsatz in der Düse sein. Die Partikel sollen ja jetzt ausgedrückt werden.

Nachlese:
Der modifizierte Filastruder läuft jetzt wieder stabil. Die Toleranz ist deutlich verbessert. Dafür scheint die Ausbringung aber nur noch halb so hoch zu sein. Vermutlich ein Effekt des anderen Bohrers und seiner Steigung.

Der Extruder ist defekt

Mein Extruder lief die letzten Tage ohne Pause durch. Etwa 3,5kg sind wohl am Stück produziert worden. Dann musste ich feststellen, dass das Filament nicht mehr cremeweiß herauskam sondern immer mehr grau wurde.

Nachdem ich den Extruder zerlegt hatte, war das Problem schnell gefunden. Das obere Axialzylinderrollenlager war vollkommen trockengelaufen und verrostet. Beim Zerlegen fielen schon die ganzen kleinen Zylindernadeln heraus, weil der Käfig zerbrochen war. Die ganzen Rostbestandteile sind dann irgendwie durch den Extruder gewandert. Kein Wunder, denn um die Schadenstelle heraum war alles voll mit Abrieb.

Jetzt musste ich zunächst mal ermitteln, was das für ein Lager war. Durch Messen und Recherchieren habe ich es dann gefunden. INA TC815. Die Besonderheit ist, dass der Innendurchmesser genau auf den Holzbohrerschaft passt. 1/2-Zoll ist aber in Deutschland höchstens noch bei Wasserrohren ein Begriff. So konnte mir mein örtlicher Wälzlagershop auch nicht wirklich weiterhelfen. Ein Lager wäre zum „Schnäppchenpreis“ von 27€ über die Theke gegangen. Dafür musste es aber zunächst mal bestellt werden, denn vorrätig ist es nicht. Und noch einen kleinen Hinweis gab er mir mit auf den Weg als ich ihm sagte, ich hätte doch das alte Lager gut geschmiert, – mit WD-40. „Niemals mit WD-40 schmieren, wenn es um Lager geht“ war seine Aussage. WD-40 wäre dafür so ziemlich das Schlimmste, was man nehmen könnte. Er empfahl mir ein paar andere Öle/Fette. Da muss ich nochmal ein bisschen recherchieren.

In Anbetracht des hohen Preises habe ich dann Alternativen gesucht, selbstverständlich auch im Internet:

  • ebay in Deutschland und England waren nicht hilfreich. Wenn überhaupt lieferbar nur zu enormen Preisen. Amazon ebenfalls Fehlanzeige.
  • google brachte nur Ergebnisse aus USA. Na das wusste ich ja schon, denn der Extruder kommt ja von dort.
  • ebay USA war ähnlich aufgestellt wie die beiden europäischen Pendants.
  • Andere Lager nehmen geht auch nicht …

Die nächsten Lagertypen sind 12mm und dann 15mm. Der Schaft hat leider ziemlich genau 12,7mm – eben ein halbes Zoll. Also scheiden beide Lösungen aus. Der Konstrukteur des Filastruders meinte zwar, dass die 15mm kein Problem wären, das Lager sich selbst zentrieren würde und er seinen Extruder ebenfalls mit einem zu großen Lager bestückt hätte, aber darauf wollte ich mich nicht einlassen. Schließlich müssen Lagerkranz und beide Lagerscheiben sauber aufeinanderabrollen. Der das aber 3 einzelne Teile sind, habe ich meine Zweifel an der sauberen Funktion.

Ich habe dann noch auf aliexpress nachgeschaut. Das ist der große asiatische Konkurrent von ebay. Und siehe da, dort war ein akzeptabler Anbieter zu finden. Der hat das baugleiche NTA815.

Gelesen, bestellt und jetzt heißt es warten. Ich hab gleich 10 Sätze bestellt, also Lagerkränze und je zwei Scheiben. Wer in die gleiche Misere kommt wie ich, kann sich bei mir melden. Ich schreibe hier mit voller Absicht nicht den Preis hin, den ich jetzt zahle. Nur soviel: Für die 27€ nur für einen Lagerkranz bekomme ich jetzt gleich mehrere Sätze.

Ja und deshalb kann ich auch bis mindestens Mitte Januar kein Filament erzeugen und damit auch nicht verkaufen.

Projekt: Drahtführung für Wickelautomat (Teil 10)

Ich habe das Projekt im amerikanischen Forum „Soliforum“ vorgestellt. Der entsprechende Thread ist hier zu finden. Ich kann das Forum jedem empfehlen, der sich mit dem Thema 3d-Druck und Filamentherstellung auseinandersetzen will. Das Forum ist allerdings englischsprachig.

Dort wurde schon die Frage gestellt, ob ich die STL-Dateien für die Teile meiner Drahtführung veröffentlichen werde. Ja, das werde ich tun. Leider habe ich aber beim Entwurf ein paar gravierende Fehler gemacht, die zu massiver Nacharbeit nach dem Druck führen. So kann ich das niemandem anbieten. Ich werde die Teile überarbeiten und dann hier veröffentlichen. Gebt mir ein paar Tage.

Für die Problematik der zu lockeren Wicklung hat mir der Entwickler des Filawinders einen Tip gegeben. Wahrscheinlich werde ich direkt in der Drahtführung ein weiteres PTFE-Röhrchen integrieren, dessen Querschnitt über eine Schraube verengt werden kann.  Das sollte funktionieren. Aktuell kann ich nichts umbauen, da der Extruder und der Winder rund um die Uhr laufen. Ich glaube fast, dass bald ein zweites Set nötig wird. Die Produktion ist leider ziemlich langsam. Etwa 8cm vom 3mm Draht werden pro Minute ausgeworfen. Bis da 2Kg zusammen sind, dauert es ein paar Tage.

Extruderantrieb defekt

Am frühen morgen sah ich mir das Ergebnis des Nachtdruckes an. Katastrophal!

Alle Layer ab ca. 1cm aufwärts waren nicht vollständig. Mein erster Tipp war, dass die Düse verstopft wäre. Das war es aber nicht. Hätte ich in den vergangenen Tagen mal genauer hingesehen, hätte ich das sich anbahnende Unheil erkennen können.Karies am Extruderantrieb 2Die schwarzen Partikel waren mir schon vorher aufgefallen. Ich habe mir allerdings nichts dabei gedacht. Das sich da ein Teil so langsam auflöst kam mir nicht in den Sinn. Und hier ist es …Karies am Extruderantrieb 1Das ist das Antriebsrad vom Extruder, was direkt auf der Schrittmotorachse befestigt ist. Ich meine, dass das noch aus meiner PLA-Zeit stammt. Heute mache ich ja alles aus ABS.

Gut, dass ich noch Ersatzteile habe!

Buntes Filament – Vorerst Ende

Ich werde den Versuch jetzt abbrechen. Auch das Reduzieren des Mischungsverhältnisses hat nichts gebracht.  Im Forum wusste leider keiner eine Möglichkeit und der Hersteller des Masterbatches riet mir nur zur höheren Temperatur.

Schade, denn Masterbatch ist eigentlich recht billig. Die Standardfarben kosten gerade mal 10€ per Kilo. Bei einem Mischungsverhältnis von 2%  wäre die bunte Welt so billig gewesen …

Nochmal rekapituliert:

  • 3% Masterbatch direkt in kristalliener Form zugemischt.
  • 3% Masterbatch fein gemahlen zugemischt.
  • Anteil Masterbatch dadurch reduziert, dass nur noch das an die Pellets anhaftende Material übrig ist. Freies Pulver nicht zugeführt.
  • Temperatur in weiten Bereichen getestet -> 176°C – 225°C.

Da das alles nichts gebracht hat und der Extruder wie verstopft arbeitete, habe ich mich entschlossen, vorerst wieder Terluran GP35 ohne Masterbatch zu extrudieren.

Nachdem der größte Teil des Farbstoffes jetzt raus ist, läuft der Extruder wieder fast normal mit Tendenz zur Besserung.

Der Extruder

Filastruder
(Bild vom Filastruder mit freundlicher Genehmigung Tim Elmore, Filastruder.com, 15.04.2014)

Da das fertige Filament doch sehr teuer ist und andererseits Kunststoffpellets günstig zu bekommen sind, habe ich mir einen Extruder, den Filastruder, angeschafft. Er erzeugt mir aus Pellets den 3mm-Kunststoffdraht für meine Drucke. Hier noch zwei Bilder meines Aufbaus:

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Es ist nur leider so, dass der Draht noch nicht fest ist, wenn er direkt aus der Düse kommt. Leichte Richtungsänderungen des Drahtes, die unweigerlich auftreten, wenn der Filamentdraht den Boden berührt, führen sofort zu Veränderungen der Dicke. Das ist nicht gut! Also brauchen wir eine Wickelmaschine. Was lag da näher als den Filawinder zu nehmen.

 

Filawinder

(Bild vom Filawinder mit freundlicher Genehmigung Tim Elmore, Filastruder.com, 15.04.2014)