Die Original Prusa MMU3 ist unsere effiziente Lösung für den MK3S+ und MK4. Sie ermöglicht es diesen 3D-Druckern mit einer Düse, mit bis zu 5 Filamenten zu drucken. Während die MMU3 für den MK3S+ seit mehr als drei Monaten auf dem Markt ist und ausgezeichnetes Feedback erhält, schieben wir die MK4-Variante immer weiter in die Ferne. In diesem Entwicklungstagebuch möchten wir über die technischen Probleme sprechen, auf die wir gestoßen sind, wie wir sie gelöst haben und was wir noch herausfinden müssen, bevor wir mit dem Versand der Produktionseinheiten beginnen können.

Zuverlässigkeit der MMU3 für den MK3S+

Der Hauptgrund für die Entwicklung eines Nachfolgers unserer MMU2S war die Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Benutzerfreundlichkeit, ohne dass langwierige Feinabstimmungen und Kalibrierungen erforderlich sind. Wir liefern das MMU3-Upgrade für den MK3S+ nun seit über drei Monaten (seit Juli) aus und wir sind begeistert, dass sich die in unseren internen und externen Betatests beobachtete Zuverlässigkeit auch in den Erfahrungen unserer Kunden niederschlägt. Riesige 70+ Stunden lange 5-farbige Drucke ohne Eingriffe zu erzielen, ist genau das, was wir anstrebten.

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Natürlich wollen wir, dass die MMU3 für den MK4 genauso zuverlässig and effizient ist, wenn nicht sogar noch zuverlässiger. Es fällt uns jedoch schwer, die Leistung des MK3S+ zu erreichen. Und warum?

Verstehen der geringeren Zuverlässigkeit der MMU3 auf dem MK4

Sowohl der MK3 als auch der MK4 verwenden die identische MMU3 Einheit – es gibt keinen Unterschied zwischen ihnen. Man muss sich also fragen: Wenn die MMU3 auf dem MK3S+ einwandfrei funktioniert, warum funktioniert sie dann nicht genauso gut auf dem MK4? Die Unterschiede zwischen den beiden Druckern liegen in den Druckköpfen. Jeder Drucker verwendet ein völlig anderes Extrusions- und Hotend-System. Sie basieren auch auf einer anderen Hauptplatine und Firmware-Architektur des Druckers selbst.

Als wir die MMU3 im März 2023 zum ersten Mal ankündigten, hatten wir alles fertig und es funktionierte zuverlässig sowohl mit dem MK3S+ als auch mit dem MK4. Wir stellten Einheiten für externe Betatester zusammen und rechneten damit, dass die Auslieferung der Produktionseinheiten Ende Juni beginnen würde. Das einzige Problem war damals unsere Produktionskapazität. Sobald jedoch der Sommer kam und die Umgebungstemperaturen in allen unseren Testfarmen um 6 bis 10 Grad Celsius stiegen, stellten wir eine Abnahme der Zuverlässigkeit der MMU3 auf dem MK4 fest (aber nicht auf dem MK3S+). Das lag vor allem an dünnen Fäden aus Filament, die sich in der Nähe der Vorschubzahnräder ansammelten.

Beim MK3S+ traten diese Fäden ebenfalls auf, aber in einem viel geringeren Ausmaß. Außerdem ist der Extruder des MK3S+ ziemlich offen gestaltet und der Filamentweg ist völlig gerade, so dass wir bei unseren Tests keine Probleme damit hatten. Beim MK4 hingegen traten diese Filament-Strähnen sehr viel häufiger auf und verursachten bei wiederholten Be- und Entladungen eine Menge Probleme.

Ein extremer Fall von Filament-Fäden, die sich an der Spitze bilden

Die Fehlersuche nach der Ursache für diese dünnen Filament-Fäden führte uns in ein Dickicht, in dem wir untersuchten, was sich verändert hatte, und nach Möglichkeiten suchten, die Spitzen wieder perfekt zu machen. Wir haben die Düsen, die Druck- und Umgebungstemperaturen und die Geschwindigkeiten verändert. Das Ergebnis dieser komplexen Forschung ist eine neue Logik für den Wechsel des Filaments.

Völlig neue Strategie für den Filamentwechsel – Eliminierung der Fäden

Lassen Sie mich zunächst zusammenfassen, wie der Filamentwechsel bei der MMU3 mit dem MK3S+ funktioniert.

1. Der Druckkopf bewegt sich über den Reinigungsturm
2. Schnelles Rammen – schnelles Extrudieren eines winzigen Teils des Filaments, um eine schöne Spitze zu bilden
3. Das Filament wird den ganzen Weg zurück zur MMU-Einheit entladen
4. Der Selektor bewegt sich in die neue Position und lädt das Filament in den Druckkopf
5. Der Druckkopf beginnt, in den Reinigungsturm/Infill/Wischobjekt zu extrudieren und die Farbe des extrudierten Filaments ändert sich allmählich

Bei diesem Verfahren ist die Düse bis Schritt 5 voll mit dem zuvor verwendeten Filament. Wenn wir dieses Verfahren auf dem MK4 verwenden, wird durch den Einzug in Schritt 3 eine winzige Menge des geschmolzenen Filaments herausgezogen, dadurch entsteht dieser problematische dünne Fetzen aus Kunststoff. In Schritt 5 muss das neue Filament den gesamten geschmolzenen Kunststoff herausdrücken. Bei Schritt 5 entsteht also auch der größte Teil des Abfalls.

Um die winzigen Strähnen oder Fäden des Filaments auf dem MK4 zu beseitigen, haben wir eine völlig neue Strategie für den Filamentwechsel entwickelt, die speziell für die Geometrie des Nextruders konzipiert wurde. Sie ähnelt in etwa der Vorgehensweise beim Kaltzug.

1. Der Druckkopf bewegt sich über den Reinigungsturm
2. Rapid Ramming geschieht: Der Drucker bewegt sich mit Höchstgeschwindigkeit und das gesamte geschmolzene Filament wird aus der Düse in den Reinigungsturm gedrückt. Das schnelle Extrudieren kühlt auch die Düse ein wenig ab.
3. „Stamping“ – das mittlerweile nur noch teilweise erhitzte Filament wird schnell gegen die Innenseite der Düse gedrückt, um die Form der Spitze (ein Negativ der Düse) zu verbessern.
4. Der Selektor bewegt sich in die neue Position und lädt das Filament in den Druckkopf
5. Ein kleine Extrusion wird in den Reinigungsturm gemacht, um den Fluss zu stabilisieren, aber die Farbe ist fast sofort sauber

Auf diese Weise befindet sich nach Schritt 3 wenig bis gar kein geschmolzener Kunststoff in der Düse, so dass wir mit dem MK4 Nextruder auch bei sehr hohen Umgebungstemperaturen schöne Filamentspitzen erzielen können. Wir testen dies kontinuierlich in einem speziellen klima-kontrollierten Behälter, in dem wir eine kleine Druckfarm betreiben. Wir haben Monate damit verbracht, diese neue Routine für den Filamentwechsel zu perfektionieren und die Auswirkungen jedes kleinen Unterschieds auf die Filamentspitzen zu katalogisieren.

Die Spitze des Filaments mit der neuen Entladestrategie

Ein willkommener Nebeneffekt dieser neuen Strategie ist eine Reduzierung des Abfalls. Der größte Teil davon wird jetzt beim Rammen (Schritt 2) erzeugt, aber da nur noch sehr wenig Farbe gemischt wird, ist der Abfall insgesamt geringer.

Es war ein langwieriger und mühsamer Prozess, diese neue Strategie einzustellen, denn jede Änderung erfordert mindestens 2-3 Tage ununterbrochenes Drucken auf der gesamten MMU Druckfarm, um ein vernünftiges Ergebnis hinsichtlich der Erhöhung oder Verringerung der Zuverlässigkeit zu erzielen. Wir haben bis Ende August gebraucht, um einen Punkt zu erreichen, an dem wir mit den Spitzen, die dieses Verfahren mit verschiedenen Filament-Marken und bei verschiedenen Umgebungstemperaturen erzeugt, zufrieden waren. Und unsere Entwickler sind immer noch vorsichtig, wenn es darum geht, dies als die „endgültige Version“ des Filamentwechselverfahrens auf dem MK4 zu bezeichnen. Wir würden zum Beispiel gerne eine viel größere Auswahl an Filamentfarben und Filamentmarken testen.

Sie werden sich vielleicht fragen, warum wir an der harten Methode festhalten, die fadenlosen Spitzen herzustellen. Dafür gibt es zwei Hauptgründe. Erstens ermöglicht uns dieses System, den größten Teil des Materials aus dem Hotend zu entladen und es für das nächste Mal, wenn diese Farbe benötigt wird, wieder zu verwenden. Und zweitens ist die Düse im Grunde sauber, bevor das nächste Material eingefüllt wird. Es gibt viel weniger Vermischung im Vergleich zum Verbinden oder Schneiden von Filamenten und dem Zurücklassen des Rests im Extruder. Das reduziert sowohl den Abfall als auch die Zeit drastisch.

Die ideale Lösung ist natürlich ein komplett separater Werkzeugkopf, wie der Original Prusa XL. Mit dieser Art von Einrichtung entfällt die Notwendigkeit, die Düse bei jedem Filamentwechsel von der vorherigen Farbe zu leeren. Der effiziente Reinigungsturm der MMU3 ist die nächstbeste Lösung, die es unseren 3D-Druckern mit einer Düse ermöglicht, mit bis zu 5 Filamenten zu drucken.

Aktuelle Probleme der MMU3 auf dem MK4

Mit dem neuen Ladeverfahren ist die Zuverlässigkeit der MMU3 auf dem MK4 deutlich gestiegen. Aber wie es bei größeren Änderungen wie dieser geschieht, wirkt sich die Änderung einer Sache auf andere Teile des Systems aus und Dinge, die perfekt funktionierten, müssen erneut feinjustiert werden.

Die MMU3 kann bei großen Drucken bis zu 2000 Filamentwechsel durchführen, und alle müssen perfekt geschehen. Schon ein paar fehlgeschlagene Filamentwechsel reichen aus, um wirklich störend zu sein, auch wenn der Fehler in den meisten Fällen behoben werden kann (das LCD zeigt Ihnen an, was schief gelaufen ist und wie Sie es beheben können).

Belastungstest der MMU3 auf dem MK4 – 5 Farben drucken – 1500 Filamentwechsel

Wir haben zum Beispiel festgestellt, dass der Filament-Sensor mit den neuen Filament-Spitzen jetzt zu einem etwas anderen Zeitpunkt auslöst. Dies verursachte Löcher im Reinigungsturm und manchmal sogar im Druck. Ähnliches geschah, als wir Input Shaping, Precise Stepping und Pressure Advance aktivierten (dort stellte sich der numerische Fehler heraus) und den Reinigungsturm mit hohen Geschwindigkeiten druckten. Wir haben jetzt den Algorithmus angepasst und beide Probleme behoben.

Dies sind die drei verbleibenden Probleme, die im Moment die häufigsten Ursachen für Druckprobleme sind. Etwa 20% der Fehler werden durch eine falsche Erkennung des in den Druckkopf eintretenden Filaments verursacht. Genau wie beim MK3 haben wir eine alternative Version der gedruckten Teile rund um den Filament-Sensor entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Anstatt zu erkennen, dass das Filament einfach in den Bereich über den Antriebszahnrädern eintritt, wird der neue Hebel durch das Filament betätigt, das die Idler-Klappen leicht aufdrückt. Der Hall-Sensor wird also nur ausgelöst, wenn das Filament tatsächlich in die Antriebsräder eintritt. Wir arbeiten noch an diesem Teil, bis wir das Problem beseitigt haben oder zumindest dafür sorgen, dass es extrem selten auftritt.

Bei dem neu gedruckten Teil wird der Hebel durch das Filament betätigt, das in das Antriebsrad eintritt und die Idler-Türen aufdrückt

Ein weiteres, etwas weniger häufig auftretendes Problem ist, dass der Filament-Sensor an der MMU3-Einheit selbst nicht korrekt auslöst. Da dieser Sensor mit dem MK3S+ einwandfrei funktioniert, wird das Problem höchstwahrscheinlich dadurch verursacht, dass beim Laden des Filaments manchmal noch winzige Rückstände entstehen und die FINDA-Kugel beim Entladen stecken bleibt lassen kann.

Das häufigste Problem (etwa 50 % aller Fehlschläge) wird dadurch verursacht, dass das Filament nicht reibungslos durch den Extruder und in die Filamentführung aus Metall (das „Rohr“, das mit der Düse verbunden ist) läuft. Dies kann sich auf verschiedene Weise äußern, z.B. wenn das Filament am Rand des Rohrs hängen bleibt. Wir arbeiten sowohl an mechanischen als auch an Firmware-Lösungen, z.B. an einem automatischen Nachladen des Filaments, das ausgelöst wird, wenn der Drucker diese Situation feststellt.

Wenn Sie Ihre Spool-Einstellungen nach dem Slicen der Datei geändert haben, können Sie mit dem neuen Druckvorbereitungsbildschirm die Farben neu zuordnen, die Spulen-Verkettung einrichten oder verschiedene Materialien neu laden.

Wann wird versandt?

Wiederholte Verzögerungen sind für Sie, unsere Kunden, wie für unser Team frustrierend. Deshalb haben wir beschlossen, die MMU3 für den MK4 erst dann auszuliefern, wenn wir sicher sind, dass die Zuverlässigkeit die von uns gesetzten Ziele erreicht. Es ist äußerst schwer abzuschätzen, wann dies geschehen wird.

Es ist durchaus möglich, dass unsere Tester bestätigen, dass die letzten Änderungen die aufgeführten Probleme gelöst haben – und wir in ein paar Wochen mit der Auslieferung beginnen können. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Lösung nicht ausreicht und wir noch mehr Zeit benötigen, um alles richtig zu machen. Wir wissen es ehrlich gesagt nicht und wir sagen es lieber so, als Ihnen eine willkürliche Schätzung zu geben.

Wir möchten uns dafür entschuldigen, dass wir die MMU3 für den MK4 nicht rechtzeitig geliefert haben! Sie sind sicher neugierig, was mit den bestehenden Bestellungen geschieht – bitte prüfen Sie den nachfolgenden Kasten für detaillierte Informationen.

Wir werden Sie auf dem Laufenden halten, sowohl was die guten Nachrichten und die Versandbereitschaft angeht, als auch was die laufende Fehlerbehebung und die weitere Entwicklung betrifft.