Droidbuilders Germany

Die Celebration2023 in London mit Ihrer unglaublichen Vielfalt an gedruckten Droiden war für mich der letzte Auslöser, daß ich einen richtig großen 3D-Drucker brauche...

Nun war mein bisheriger Drucker, mit dem ich den C-3PO gedruckt habe (ein X400 von Germanreprap) auch schon nicht gerade klein, aber er scheitert eben z.B. an einer entscheidenden Disziplin: Einen Astromech-Dome in einem Stück drucken...

Zu meiner Überraschung mußte ich feststellen, daß das Angebot an käuflichen 3D-Druckern in dieser Größe inzwischen arg überschaubar geworden ist. Viele Crowdfunding-Projekte, die Großdrucker entwickeln wollten, sind inzwischen eingeschlafen.

Am Ende blieb eigentlich nur noch der Creality CR10 S5 über, den ich schon etwas länger im Auge hatte. Der Haken bei dem Gerät: Die Produktion ist inzwischen eingestellt; und es gibt nur noch Restbestände auf dem Weltmarkt. Der etwas modernere CR Max klingt zwar größer, hat aber nur einen 45x45x45 cm-Bauraum. Für Astromech-Domes leider einen Tick zu klein.

Also den CR10 S5 bestellt, und innerhalb von wenigen Tagen stand eine große Kiste vor der Tür. Öffnet man den Karton, schaut einem gleich das riesige Druckbett (500x500 mm) entgegen:
Nach dem Auspacken habe ich erstmal alle Teile nett für ein Photo angeordnet. Wegen des Ausverkaufes hatte ich gleich alles an später wahrscheinlich benötigtem Zubehör mitbestellt: Großes Heizbett über die ganze Fläche statt des serienmäßigen, nur die Mitte des Bettes heizenden, ein BL Touch für automatisches Bettleveling, und ein paar Düsen in etwas größerer Dimension. Von Creality war außerdem bereits eine geradezu verdächtig großzügige Menge an Ersatzteilen beigelegt: Ersatz-Hotend, Ersatz-Extruderteile, Verkabelung, usw, usw..
Der rein mechanische Zusammenbau ist dann (wie schon in zig Youtube-Unboxing-Videos zu sehen) relativ trivial. Es wird einfach nur die Brücke mit der höhenverfahrbaren X-Achse an das Chassis geschraubt. Dann noch die Kabel angestöpselt, und schon ist das Ding fast fertig.
ABER: Das ging mir als altem Hasen, der schon drei 3D-Drucker aus Einzelteilen zusammengebaut hat, und dem die Funktionsprinzipien klar sind, locker von der Hand. Wenn ich mir aber vorstelle, daß ein Anfänger mit der katastrophal von Chinesisch auf Englisch übersetzen, und auch sonst ziemlich konfusen und unvollständigen Anleitung seinen ersten Drucker zusammenstecken soll, werde ich echt skeptisch. Gottseidank gibt´s viele Hilfsvideos auf Youtube.

Fertig out of the Box sieht das Schätzchen dann so aus:
Sieht ja gar nicht so groß aus. Man darf aber nicht vergessen, daß das Teil als "Bettschubser" das Druckbett um komplette 500 mm hin und her schiebt, also eine Gesamtlänge von > 1.000 mm auf dem Basteltisch braucht. Uff !

Dann ging´s ans Bedleveling: Erster Punkt vorne links: Check. Zweiter Punkt hinten links: Check. Dritter Punkt hinten rechts: Hä ? WTF ? Das Bett, das links schon auf 0,2 mm Abstand eingestellt har, hatte rechts rund 7 mm Abstand !!! Und da war auch mit den Einstellfedern nichts zu machen.
Die Fachleute in der großen chinesischen Druckerfabrik hatten schlicht die beiden Z-Hubspindeln auf 7 mm unterschiedliche Nullpunkte eingestellt ! Jetzt verstand ich, daß im Internet einige Anfänger über den CR10 S5 fluchen, und teils erst nach Monaten zum Laufen bringen.
Also die rechte Z-Spindel gelöst, und mit der Schieblehre so gut es ging auf die gleiche Höhe wie links eingestellt. Danach konnte man endlich ordentlich bedleveln.

Dann ging der erste Testdruck los, mit der dem Drucker beiliegenden 200g-Testspule. Aber dazu im nächsten Beitrag mehr...

Hey Arnd

Danke für den Report
In nicht allzu ferner Zukunft möchte ich auch mit einsteigen.
Bin gespannt ob du zufrieden bist und ob der Drucker Newbie-friendly ist oder eher doch was für erfahrene Drucker

Ich werd’s hier verfolgen und wenn es dann bei mir auch soweit ist….

Wenn das auch ein CR10 S5 werden soll, würde ich aber schnell zuschlagen. Da gehen überall gerade die letzten Exemplare weg.
Ansonsten halt der CR Max. Immer noch ein riesiges Druckbett.

Einsteigerfreundlich, naja.... Aber Du hast ja Youtube, und Kumpels, die Dir da notfalls Unterstützung geben.

Heute ging´s an einige Verbesserungen, die ich dem CR10 angedeien lassen möchte. Vielen Dank dabei am Olli vom Outpost One, der sich am letzten Wochende die Zeit für eine "Verbesserungsberatung" genommen hat !

Akt Eins ist der Extruder: Das serienmäßige Plastikteil wurde gegen eine Metallversion ausgetauscht. Gibt´s für unter zehn Euro bei dem großen Fluß.
Der Metallextruder wird noch durch eine 50 Watt-Heizpatrone (statt der serienmäßigen 35 W) ergänzt. Hintergrund ist, daß ich logischerweise wegen des großen Bauraumes große Düsen (0,8mm oder gar 1,0 mm) verwenden möchte (muß), um keine ewigen Druckzeiten zu haben. Fette Düse heißt aber größerer Massenstrom an Filament, was in der gleichen Zeit aufgeheizt werden muß (außer, man dreht die Geschwindigkeit runter). Mit der serienmäßigen Konfiguration war mit einer 0,8er Düse bei ungefähr 70 mm/s Filamentgeschwindigkeit Schluß. Darüber ist der Extruder hörbar übergesprungen.
Daher: Fette Heizpatrone. Ich hoffe, damit auf etwa 100 mm/s zu kommen.

Parallel wurde auch das "Kabelverlängerungs-Set", das Creality anbietet, verbaut. Hätte ich gleich mitbestellen sollen; die serienmäßigen Kabel sind äußerst knapp bemessen, und lassen überhaupt keinen Spielraum.

Dann kam das Thema Heizbett: Der CR10 S5 hat ja ab Werk ein etwas "gefaktes" Heizbett. Unter der 510x510 mm großen Druckplatte ist nur ein 300x300 mm großes Heizelement angeschraubt. Berichte aus dem Internet sagen glaubwürdig, daß es außen kaum warm wird. Außerdem dauert das Aufheizen mit den serienmäßigen 12 V ewig.

Aber die rührige Zubehörindustrie war nicht untätig, und hat eine 230 Volt-Heizmatte mit den vollen 510x510 mm herausgebracht. Wahlweise sogar entweder als Einzonen-Version, oder mit zwei Heizzonen. Die Absicht hinter den zwei Zonen ist, daß man bei kleineren Drucken nur das kleinere, mittlere Segment aufheizt, und nur bei Bedarf die äußere Zone.
Die Heizmatte hat nämlich eine Heizleistung von 1,03 kW, aufgeteilt in 360 W (innen) und 670 W (außen).

Achtung: Das Heizbett hat 230 V, also potentiell tödliche Spannung. Damit darf in D nur eine ausgelernte Fachkraft arbeiten. Wer dies also nachmacht, sollte wissen, was er tut, oder einen Fachmann heranholen.

Für die Montage der Heizmatte wird der Alurahmen unter dem Bett entfernt, dann entfettet und die Matte aufgeklebt. Der Alurahmen wird mit längeren M4-Schrauben wieder befestigt:
Hier übrigens im Vergleich die werksseitige Heizplatte:
Der Knackpunkt bei einem Zweizonen-Kilowatt-Heizbett ist natürlich die Ansteuerung. Direkt über das Board, wie Serie, scheidet aus. Also werden je Zone je ein Solid-State-Relais zwischengeschaltet. Die Relais werden dann über den 12V-Ausgang aus dem Board angesteuert.
Die Ein/Aus-Schaltung der Zonen erfolgt niederspannungsseitig quasi vor den Relais. Gegen einen "thermal runaway" (z.B. weil das Relais in "zu" durchbrennt) baue ich noch zwei Thermosicherungen an die Heizmatte, die bei 120°C durchbrennen.

Kritisch ist natürlich die Regelung der zwei Zonen. Serienmäßig hat das Board nur einen Heizbett-Thermistor, also kann man nur eine Zone wirklich regeln. Theoretisch ist noch ein Thermistoreingang (vom nicht vorhandenen zweiten Extruder) frei, also mit allerhand Umgefummel in der Firmware könnte man sicherlich zwei Zonen vom Board aus regeln.

Hier werde ich erstmal Betriebserfahrungen abwarten, wie sich das Bett thermisch verhält.

Dann die ersten Tests (um überhaupt rauszufinden, welcher Draht welche Zone ansteuert). Eine der beiden Anschlüsse wurde ordentlich über einen Taster (!) mit 230 V verbunden. An den 100K-Thermistor wurde ein Multimeter angeschlossen, und die zugehörige Meßwerttabelle studiert. Bei 25°C = 100 kohm; sinkt der Meßwert unter 10 kohm, liegen rund 90°C an; dann sollte man aufhören zu heizen. Diese Kontrolle ist wichtig, denn wie man sehen wird, geht es mit dem leistungsfähigen Bett ziemlich flott.
Von der Arbeit konnte ich mir einen Wärmebild-Aufsatz fürs Smartphone ausleihen, so daß man sehr schön sehen konnte, wo es warm wird. Nicht wundern über die komische Optik; die Kamera kombiniert Konturen aus dem Realbild mit dem Wärmebild, damit man besser sehen kann, wo man eigentlich ist.

Sieh da, der erste Draht war die Innenzone:
Und nach kurzer Umbaupause war der andere Draht dran:
Die Temperatur stieg dabei durchaus flott. Bereits nach etwa 10 Sekunden waren 40°C über die ganze Fläche erreicht. Der Test auf 60° oder gar 100°C (ich träume ja noch von ABS) kommt erst, wenn das Heizbett geregelt und gesichert läuft.

Soweit erstmal prima. Der nächste Schritt ist jetzt, den Drucker an seinen Aufstellort zu bringen, dort kommt er auf einen verfahrbaren Unterschrank, der auch die Regelung aufnehmen soll.

Jetzt war die Steuerung des großen Heizbettes dran. Da wir ja jetzt mit 230 V spielen, und die Heizleistung echt heftig ist, ist die Gefahr eines "Thermal Runaways" gegeben, d.h. daß aus was für einem Grund auch immer die Heizmatte nicht aufhört zu heizen, sich letztlich selber zerstört oder Feuer fängt, und dann auch noch 230V-Kabel blank liegen.

Daher habe ich in die 230V-Zuleitung unter dem Bett zwei Thermosicherungen mit der Auslösetemperatur 120 °C eingebaut. Diese sollten beim Überschreiten der Temperatur schmelzen, und somit die Spannungszufuhr kappen. Der Wert "120°C" ist natürlich erstmal ein Testballon. Einerseits will ich bis 100°C heizen, und etwas Luft muß zwischen Dauertemperatur und Auslösetemperatur liegen; andererseits kommt wegen notwendiger Isolierung sowieso nicht die volle Betttemperatur bis zur Thermosicherung.

Letztlich habe ich eine Thermosicherung für die äußere Heizfläche an einem leeren Schraubloch mit einem Alublech befestigt (links unten im Photo), und eine zweite fast mittig für die innere Heizfläche unter den Anschlußkabeln:
Wenn eine der beiden Sicherungen auslöst, werden sicherheitshalber beide Heizflächen abgeschaltet.

Da ja jetzt mit 230 V geheizt wird, wird der Ausgang "Bett heizen" von der Creality-Steuerung jetzt auf zwei "Solid State Relais" (SSR) geleitet, die im Prinzip wie ein elektronisches Relais die 230V schalten. Der Vorteil der SSR ist, daß diese auch hohe Schaltzyklen, wie z.B. bei einer Pulsweitensteuerung des Heizbettes problemlos verkraften.

Es stand natürlich außer Frage, die gefährliche 230 V-Spannung in den Creality-Steuerkasten einzubauen. Sämtliche Netzspannung ist in einem separaten Schaltkasten unterbracht. Unten in dem Kasten liegt die Netzspannungsebene; oben die harmlose 12V-Ansteuerungsverkabelung:
Ganz wichtig ist natürlich noch, alle Metallteile des Druckes und insbesondere des Heizbettes mit dem Schutzleiter des Stromanschlusses zu verbinden, damit im Fall eines Isolationsfehlers der häusliche FI auslöst.

Mit Schaltern kann ich zwischen den Heizzonen umschalten; also z.B. nur die innere Zone heizen lassen.

Das Ganze wurde dann äußerst vorsichtig und schrittweise in Betrieb genommen; erst die Niederspannungsseite, und dann der 230V-Teil.
Kontrolliert wurde das Schalten wieder mit der Thermografiekamera.

Es zeigt sich, daß die Leistung des Heizbettes mehr als ausreichend ist. Mit dem serienmäßigen Heizbett klagen viele Nutzer über sehr lange Aufheizzeiten; mit dem Zweizonenbett heizt der Drucker innerhalb von ca. 20 Sekunden z.B.auf 40 °C auf, und schaltet dann erstmal für eine Minute ab, bevor er wieder ein paar Sekunden nachheizt. Man könnte auch fast von einer leichten Überdimensionierung sprechen.

Ein kleiner Nachteil zeigte sich noch: In dem Zweizonenheizbett sind ja auch zwei Thermistoren als Temperatursensoren eingebaut. Aber offensichtlich sind BEIDE in der Mittelzone untergebracht; denn die Meßwerte unterscheiden sich weniger als 1°C; auch wenn man jeweils die andere Zone aufheizt.

Das hätte den blöden Effekt, daß man theoretisch die äußere Zone aufheizen könnte, aber der Sensor in der Mitte davon nicht viel mitbekommt. Und schon läuft man in einen "Thermal Runaway". Also darf man auf keinen Fall nur die äußere Zone alleine beheizen; immer nur parallel mit der mittleren. Ich werde wohl die Schalter noch mal entsprechend anpassen.

Das Photo zeigt so einen testweisen Thermal Runaway; natürlich rechtzeitig abgebrochen:

Eines der weiteren Dinge, die mir am CR10 S5 ab Werk nicht gefielen, waren die überall frei herumbaumelnden Kabel. Einige davon hingen auch teils in den Bauraum hinein, z.B. die Zuleitungen zum Hotend, so daß die echte Gefahr bestand, daß die Kabel sich an einem gerade druckenden Objekt verfangen, und das Teil umreißen, oder Schritte verloren gehen, und der Druck unbrauchbar wird. Dazu kam noch, daß die Zuleitung zum ja ständig bewegten Heizbett jetzt mit 230 V lief, also bei einem Schaden höchste Gefahr bestand.

Daher habe ich alle Kabel zu beweglichen Teilen mit Energieketten ausgerüstet, die einen festen Kabelweg außerhalb des Bauraumes erzwingen. Solche Energieketten sind heute nicht mehr teuer; bei Ebay gibt´s einen Meter fette Kette schon für unter 10,- €.
Die ab Werk verbauten Kabel erschienen mit teils etwas arg zu grobadrig für bewegte Kabel, so daß ich einen Teil gegen feinadrige Litzenkabel ausgetauscht habe. Dicke Adern neigen zum Drahtbruch, was wegen des "Wackelkontakteffektes" extrem blöd zu diagnostizieren ist.

Dann ging es an den Anbau des BL-Touch-Bett-Level-Sensors. Mechanisch total simpel, aber bei der Elektrik schug wieder die katastrophal schlechte automatische Übersetzung der chinesischen Anleitung ins Englische zu. Die Anleitung stimmte überhaupt nicht mit den Gegebenheiten überein. Offenbar hat Creality diverse Veränderungen während der Produktionszeit des CR10 S5 nicht in die Anleitungen eingepflegt.

Naja, letztlich mit Hilfe von viel Recherche im Internet habe ich rausgefunden, welches Kabel vom BL Touch an welchen Pin am Board gehört, und siehe da, das Schätzchen machte beim Einschalten schon mal einen Selbsttest.

Nun mußte aber noch die Firmware des Boards auf den zusätzlichen BL Touch geflasht werden. Wohlgemerkt ein Update, das direkt von Creality vertrieben wird. In der original Anleitung von Creality zum Anbau des Creality-Antlabs BL Touch war dann dargestellt, daß man zum Flashen der Firmware zunächst erst einmal mit zusätzlicher Hardware einen Bootloader aufs Board flashen sollte.
Laut Rückfrage bei Printerfarm-Olli vom Outpost One war dies aber gar nicht nötig. Trotzdem bekam mein Laptop per USB keine Verbindung zum Drucker, sondern meckerte immer über einen fehlenden FTDI-Treiber. Als ich den dann am nächsten Abend aufspielen wollte, stellte ich fest, daß das Windows (bei abgeschaltetem Laptop) auf wundersame Weise genau diesen Treiber gerade automatisch installiert hatte.

Plötzlich ging alles; das Board konnte geflasht werden, und so war dann auch ein neues "Bed-Leveling"-Menü vorhanden.
Das sogenannte Z-Offset (das ist der vertikale Abstand zwischen der ausgefahrenen Tastnadel und der Düsenunterkante) mußte noch eingestellt werden, was nach Anleitung kein Problem war.
Als neue Firmware habe ich erstmal ein fertiges .hex-File von Creality eingespielt, was den Nachteil hat, daß man nicht genau weiß, was die Chinajungs da so eingestellt haben. Creality bietet auch den voreingestellten Marlin-Quellcode an. Aber für einen ersten Test wollte ich erstmal was fertiges nehmen.

Dann das erste Bedleveling: Der Drucker fährt dabei vor jedem Druck (oder wahlweise nur auf Wunsch) 25 Punkte in einem 5x5-Raster ab, und speichert diese Höhenmatrix ab. Bei dem ersten Level fährt die Düse dann jeweils mit konstantem Abstand zum Bett, so daß die kritische erste Lage jedes Mal gut gelingen soll.

Bei meinem ersten Testdruck mit BL Touch hat das so lala funktioniert. Die Anleitung betonte bereits, daß man sich an den besten Z-Offset etwas herantasten muß. In meinem Fall würde ich behaupten, war der Bettabstand noch etwas zu groß. Dies äußerste sich z.B. darin, daß der Druck an der rechten Ecke etwas abgehoben hat. Ansonsten für einen ersten Testdruck halbwegs OK:
Die Erfahrungen aus dem ersten Testdruck: Trotz nachgerüsteter 50W-Heizpatrone und Metall-Extruder bleibt das Hotend die Bremse im System. Ich hatte Sorge, daß der Bettschubser-Drucker gedrosselt werden müßte, um die Beschleunigungen für die Teile nicht zu groß werden zu lassen. Aber in solche Geschwindigkeitsbereiche kommt der Drucker überhaupt nicht, weil der Extruder wegen der fetten 0,8 mm-Düse bei 40 mm/s schon schwächelt.

Ich habe während des Probedruckes reichlich mit Speed, Nozzle-Temperatur und Multiplier gespielt. Mit diesen Werten wir nun das Profil im Slicer für den nächsten Druck verbessert.

Wenn der Extruder aber sowieso nicht den Volumenstrom einer 0,8er Düse schafft, muß man überlegen, z.B. auf eine 0,6er zurückzugehen, da man dann bei vermutlich gleichem Volumenstrom zumindest vielleicht bessere Druckqualität hinbekommt.

Die Firmware des Druckers werde ich wohl doch noch mal von Hand bearbeiten und flashen, weil z.B. der X-Offset noch leer ist, was zu einem verschobenen Raster auf dem Bett führt. Außerdem ist Zmax noch auf 510 mm eingestellt, was ein mechanischen Crash an der Oberkante bedeuten könnte.