Kalibrierung

Bevor ein 3D-Drucker vernünftige Ergebnisse liefert, muss dieser zuvor Kalibriert werden. Dies stellt sicher, dass gedruckte Objekte die korrekte Größe, einen guten Zusammenhalt und eine sauberer Oberfläche aufweisen.

1. Kalibrierung der X-, Y- sowie Z-Achse

In der Konfiguration der Druckerfirmware (Configuration.h - für die Marlin Firmware) sind für jede Achse die Anzahl der Mikroschritte die pro verfahrenem Millimeter benötigt werden abgelegt. Diese Konfigurationsparameter können als erste Näherung theoretisch bestimmt werden.

Für Achsen die einen Riemen verwenden

Der Riemen sowie das Riemenrad verfügt über Zähne die Schlupf verhindern sollen. Ist die Zahnteilung t des Riemens, die Zahnanzahl n auf dem Riemenrad sowie die Mikroschritte pro Motorumdrehung s bekannt, können die Anzahl der Mikroschritte pro Einheit (meist mm) bestimmt werden. 

n = 16 (Zähne am Riemenrad)

t = 2.5 (Zahnteilung)

s = 3200 (Mikroschritte / Umdrehung)

s / (n*t) = 80 

Für Achsen die eine Gewindespindeln verwenden

Ein ähnliches Vorgehen für Achsen mit einer Gewindespindel.

P = 0.8 (Gewindesteigung M5 ISO 1502)

s = 3200 (Mikroschritte / Umdrehung)

s / P = 4000

(Folgender Abschnitt gilt nur für die Marlin Firmware)

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT   {X,Y,Z,575}

Für X und Y werden die errechneten 80 und für Z die errechneten 4000  Mikroschritte pro Millimeter eingesetzt.

Korrekturfaktor

In der Praxis weichen die für jede Achse errechneten Werte von ihren eigentlich Werten etwas mehr oder weniger ab. Um diese Ungenauigkeiten zu beseitigen wird für jede Achse experimentell ein Korrekturfaktor bestimmt. Für diese Aufgabe bietet sich die Benutzung eines Messschiebers an. Für die Messung werden zwei Punkte benötigt, wobei diese auf einer parallelen Gerade zur jeweiligen Achse liegen müssen. Ein Punkt liegt auf dem unbeweglichen Teil der Achse der andere auf dem beweglichen.

Beispiel für die X-Achse

Ist der Abstand d1 zwischen diesen beiden Punkten bestimmt, wird die Achse verfahren und der Abstand d2 gemessen. Anhand des gewünschten und des tatsächlichen Verfahrweges kann nun der Korrekturfakor k Bestimmt werden.

k = d1 / d2

2. Kalibrierung des Extruders

Für den hier verwendeten Greg's Wade Extruder und anderen Extrudern mit einer Übersetzung mit Hilfe von zwei Zahnrädern, ergibt sich der Filamentvorschub w in Abhängigkeit von x Mikroschritten wie folgt:

s (Mikroschritte pro Umdrehung)
n1 (Zähne des kleinen Zahnrades)
n2 (Zähne des großen Zahnrades)

d (Durchmesser der Transportschraube - Der Durchmesser der Transportschraube des Extruders variiert von Schraube zu Schraube, je nach dem wie tief die Zähne geschnitten sind. )

x (Anzahl der Mikrochritte)
w (Filamentvorschub)
w = (x * (n1 / n2) * d * π) / s

Daraus folgt die Anzahl der Schritte für einen Millimeter:
x = s / ( (n1 / n2) * d * π)

Für den Extruder dieses Bausatzes:

3200÷((11÷45)×6,9×π) = 603,9...

(Folgender Abschnitt gilt nur für die Marlin Firmware)

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT   {X,Y,Z,E}

Für E werden die errechneten 604 Mikroschritte pro Millimeter eingesetzt.

Durch den Messfehler der bei der Bestimmung des Durchmessers der Transportschraube auftritt, ist auch der errechnete Wert wieder nur eine erste Näherung. Deshalb wird auch hier experimentell ein Korrekturfaktor bestimmt. Hierfür wird eine Stelle am Filament markiert  und dann eine definierte Länge l1 Filament  extrudiert. Mit Hilfe der Markierung kann nun die tatsächliche Länge l2 bestimmt werden.

k = l1 / l2

Hier wurde die Markierung mit einem CD-Marker vorgenommen, alternativ kann  auch ein Stück Isolierband am Filament befestigt werden.

3. Vermessung des Filamentes

Die extrudierte Filamentmenge errechnet sich aus dem Filamentvorschub multipliziert mit der Filamentquerschnittfläche. Bei der Generierung der Druckanweisungen - dem sogenannten GCode - wird von einer konstanten Filamentquerschnittfläche ausgegangen, die leider nicht immer gegeben ist. Die Filamentquerschnittfläche wird bei der GCode-Generierung als Kreis angenommen und über deren Durchmesser errechnet. Daher muss für jede Rolle Filament der mittlere Filamentdurchmesser bestimmt werden. Hierzu wird das Filament an möglichst vielen gleichmäßig über das Filament verteilten Stellen gemessen.  Als Güteparameter für eine Rolle Filament kann die mittlere absolute Abweichung vom Mittelwert gesehen werden.

4. Bestimmung des Extrusionsfaktors (Slic3r - Extrusion multiplier)

Durch die Kalibrierung des Extruders und der Vermessung des Filamentes sollte der Drucker nun eine korrekte Spurbreite (Slic3r - Extrusion width) aufweisen. Dies ist unverständlicherweise allerdings nicht der Fall. Mit OpenSCAD wird zur Kalibrierung der Spurbreite ein Würfel erstellt. Dieser wird mit folgenden Parametern gedruck:

• 1 Perimeter
• kein Infill
• keine soliden horizontalen Grenzflächen

Dies stellt sicher das nur die vertikalen Außenflächen  des Würfels gedruckt werden. Aus dem Verhältnis zwischen erreichter Spurbreite und eingestellter Spurbreite errechnet sich der Extrusionsfaktor als Korrekturfaktor. Zur Messung der erreichten Spurbreite wird an mehreren Stellen gemessen und das arithmetische Mittel gebildet. Hierbei sollten Stellen an denen ein  Ebenenwechsel oder eine Richtungsänderung vonstatten ging ausgelassen werden.

5. Eindrücke