Einer unserer Hauptschwerpunkte in den letzten zwei Monaten war die Behebung von VFA (Vertical Fine Artifacts) auf dem Prusa CORE One und anderen Druckern. Ich habe mehrere Updates während des gesamten Prozesses gepostet, und ich freue mich, sagen zu können, dass wir mit der jüngsten Entwicklung dieses Kapitel abschließen können.

Wie es manchmal geschieht, führt eine Sache zur anderen. Unsere Arbeit an VFAs führte zu großen Verbesserungen der Oberflächenbeschaffenheit aller Drucke – es ist eine neue Funktion in PrusaSlicer, und es ist etwas, von dem fast jeder 3D-Drucker auf dem Markt profitieren kann! Die Lösung ist komplett Open-Source, und ich kann es kaum erwarten, zu sehen, in welche Richtung jemand wie @softfever mit OrcaSlicer sie führt. Aber das ist nur der Anfang – es gibt noch viele weitere Themen zu besprechen. VFAs sind nur ein Teil von all dem.

Bevor wir ein neues Druckermodell auf den Markt bringen, führen wir umfangreiche Tests mit CT-Scans und Multisensorsystemen durch, die bestätigen, dass unsere Geräte außergewöhnlich genau sind. Für viele Anwender ist das der Inbegriff von „Top-Druckqualität“. Was Sie entwerfen, wird auch gedruckt. Aber es geht nicht nur darum, wie stabil oder präzise gedruckte Objekte sind. Wir wollen auch eine schöne Oberfläche haben. Mit anderen Worten: Wir können die gedruckte Qualität aus mehreren Blickwinkeln betrachten – im wahrsten Sinne des Wortes.

Langer Artikel folgt, also hier eine Zusammenfassung:

  • 2 neue coole PrusaSlicer-Funktionen
  • Verbesserte Druckprofile
  • Neues Riemen-Tuning (prüft auch, ob der Druckkopf beim Homing prellt)
  • Das Ergebnis: gleichmäßige Oberflächen und reduzierte VFAs

Das Problem: Uneinheitliche glänzende und matte Oberflächen

Sicherlich haben Sie das schon einmal gesehen. Sie drucken ein Modell, und aus irgendeinem Grund sind Teile davon glänzend, während andere matt sind, wodurch unschöne horizontale Streifen entstehen. Dies fällt besonders bei mechanischen Teilen auf, die oft mit schwarzem PETG gedruckt werden, das SEHR glänzend sein kann.

Die Ursache dafür ist die Funktion „Kühlungsverzögerung“. Bei Schichten mit kleinem Querschnitt muss der Drucker langsamer werden, damit der heiße Kunststoff genügend Zeit zum Abkühlen und Aushärten hat, bevor die nächste Schicht gedruckt wird. Ohne diese Funktion würde sich das Modell verformen. Genau hier erhält das Material jedoch andere optische Eigenschaften, was zu einer uneinheitlichen Oberflächenqualität führt. Bei einigen Materialien tritt dieses Problem häufiger auf, bei anderen hingegen kaum.

Das Problem mit der alten Methode

Alle von Slic3r abgeleiteten Slicer gehen mit diesem Szenario so um, dass sie den Drucker zwingen, jeden Teil des Druckprozesses für diese Schicht zu verlangsamen. Das Problem dabei ist, dass sich durch das Drucken eines glänzenden Filaments mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten dessen Reflektivität und Gesamterscheinungsbild verändert. Schlimmer noch, die Verlangsamung kann den Drucker manchmal dazu zwingen, mit einer Geschwindigkeit zu arbeiten, die Vibrationen oder Resonanzen in seinem Rahmen verursacht. Diese Vibrationen werden dann auf den Druck übertragen, was zu einer ungleichmäßigen Oberflächenbeschaffenheit und sichtbaren Artefakten (VFAs!) auf der Außenseite des Modells führt.

All dies kann direkt in PrusaSlicer in der G-Code-Vorschau visualisiert werden, indem Sie in den Modus „Geschwindigkeit“ oder besser noch „Tatsächliche Geschwindigkeit“ wechseln.

PrusaSlicer Beta 2.9.3 mit neuer Option „Konsistente Oberfläche“

Die neue PrusaSlicer Beta bietet eine wesentliche Verbesserung namens „Consistent Surface” (Konsistente Oberfläche). Diese neue Kühlstrategie ist wesentlich intelligenter. Sie priorisiert zunächst die Verlangsamung weniger sichtbarer Bereiche, wie z. B. Infill. Sie verlangsamt den Perimeter nur, wenn es unbedingt notwendig ist, und selbst dann behält sie die ursprüngliche Geschwindigkeit für das letzte Segment der Schlaufe bei. Dadurch werden eine viel gleichmäßigere Druckgeschwindigkeit und Oberflächenbeschaffenheit über das gesamte Modell hinweg erreicht.

Bei schwarzem PETG ist die Verbesserung dramatisch. Bei matten Filamenten ist der Unterschied subtiler, aber bei genauer Betrachtung dennoch vorhanden.

Bei schwarzem PETG ist die Verbesserung am deutlichsten zu erkennen.

 

Bei matten Filamenten wie diesem PLA sehen Sie keinen Unterschied, es sei denn, Sie schauen ganz genau hin.
Sie können im Menü „Filamenteinstellungen – Kühlung – Logik für Kühlung verlangsamen“ zum alten Verhalten zurückkehren.

Übrigens ist uns bei der Arbeit an diesem Problem aufgefallen, dass OrcaSlicer über eine Funktion namens „Don’t Slow Down Outer Walls” verfügt, die versucht, das Problem mit einem anderen Ansatz zu lösen. Insbesondere „igiannakas” hat dabei großartige Arbeit geleistet. Unsere Implementierung ist anders, erzielt aber ein ähnliches Ergebnis und ist so robust, dass wir sie standardmäßig aktivieren können. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass unsere Methode neben anderen cleveren Tricks auch externe Perimeter bei der Berechnung der Abkühlungsverlangsamung berücksichtigt.

Reduziertes Ringing auf Außenflächen durch kurze spezifische Bewegungsbeschleunigung

Um Ringing-Artefakte (oder „Ghosting“) zu reduzieren, haben wir uns mit einer weiteren Vibrationsquelle befasst: den winzigen Bewegungen zwischen den Perimetern. Es handelt sich um extrem kurze Bewegungen, die praktisch keine Zeit in Anspruch nehmen, aber überraschend starke Erschütterungen verursachen können.

Der Grund dafür ist folgender: Diese Bewegung verläuft oft senkrecht zum Perimeter. Wenn der Drucker seine standardmäßige hohe Beschleunigung auf diese Bewegung anwendet, entsteht ein starker Ruck, der den gesamten Drucker in Schwingungen versetzen kann. Wir möchten die in der Branche häufig anzutreffende Eckenabrundung durch aggressives Input Shaping vermeiden, aber unsere aktuellen Einstellungen funktionierten bei diesen spezifischen kurzen, schnellen Bewegungen nicht gut.

Die neue Slicer-Strategie in PrusaSlicer behebt dieses Problem. Sie verwendet automatisch eine sanftere, geringere Beschleunigung nur für diese sehr kurzen Bewegungen am Perimeter, während normale Bewegungen schnell bleiben. Diese gezielte Verlangsamung dämpft die Vibrationen genau dort, wo sie am stärksten auftreten, was zu saubereren Oberflächen in der Nähe scharfer Ecken führt, ohne die Gesamtdruckzeit zu beeinträchtigen.

Wir haben uns zunächst auf den CORE One konzentriert, aber wir haben gesehen, dass dies auch die Druckqualität auf dem XL und dem MK4/S verbessert. Wir haben die neue Kühllogik und den kurzen spezifischen Beschleunigungsweg auch auf anderen Druckern auf dem Markt getestet und gesehen, dass sie ebenfalls von diesen neuen Funktionen profitieren.

Wie alles begann – und was sind VFAs?

Nun ist es meiner Meinung nach an der Zeit, zu den Anfängen zurückzukehren, denn ich habe Ihnen gerade eine riesige Menge an Informationen zugemutet. Alles begann mit unserer Forschung zu VFA – Vertical Fine Artifacts (vertikale Feinartefakte). Was ist das nun genau?

VFA sind mikroskopisch kleine Unvollkommenheiten in der Extrusion, die sich an derselben Stelle in jeder Schicht wiederholen und vertikale Linien auf dem Modell erzeugen. Diese Linien sind winzig, ab 10 µm sichtbar, und die schlimmsten, die Sie gesehen haben, sind etwa 40 µm von Spitze zu Tal. Das ist zu klein, um auf vielen Messgeräten zuverlässig angezeigt zu werden. Man kann sie nicht einmal mit der Hand fühlen. Sie sind jedoch aufgrund der Art und Weise, wie ein glänzendes Filament das Licht reflektiert, sichtbar. Mit anderen Worten: Es handelt sich um eine optische Unvollkommenheit.

Und es ist eines der Dinge, die man nicht übersehen kann. Wenn Sie einmal gelernt haben, VFAs zu erkennen, indem Sie ein glänzendes 3D-gedrucktes Objekt (z. B. aus schwarzem PETG) so drehen, dass es die Lichtreflexion in einem bestimmten Winkel einfängt, werden Sie sie auf so ziemlich jedem 3D-Druck der Welt finden.

VFAs treten bei fast allen 3D-Druckern auf dem Markt auf, und es gibt keine spezifische Ursache dafür. Man wird sie nicht los, indem man z. B. die Riemen austauscht. Es sind mehrere Dinge, die sich anhäufen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, sie zu verbergen, von der Verwendung von mattem Filament bis zur Senkung der Drucktemperatur. Die richtige Lösung besteht jedoch darin, alle Quellen von VFAs aufzuspüren und sie zu minimieren.

An alle, stellt die Riemen ein!

Schon sehr früh haben wir die Motoren als Ursache ausgeschlossen. Die VFAs, die wir auf dem CORE One sehen, entsprechen nicht den spezifischen Abständen, die von unseren Motoren verursacht werden würden. Außerdem sind die Motoren, Treiber und Spannungen aus der Zeit des MK4 gut abgestimmt, und der CORE One verwendet denselben Stack.

Während die 3D-Druckergemeinde mehrere potenzielle Ursachen für VFAs identifiziert hat, darunter Motorresonanz und Riemenmechanik, deutete unsere gründliche Analyse der betroffenen Community-Drucker mit überwältigender Mehrheit auf eine falsche Riemenspannung beim CORE One hin. Wir haben ein neues Gerät zur Einstellung des Riemens entwickelt, um die optimale Spannung zu finden, und mit den Tests begonnen.

Auf der Grundlage unserer Forschungen führen wir jetzt ein überarbeitetes Verfahren zur Einstellung des Riemens und einen verbesserten Tuner in der Prusa App ein. Ich empfehle dringend, Ihren Drucker jetzt zu tunen – ich bin ziemlich sicher, dass Sie eine spürbare Verbesserung sehen werden.

Wir haben eine ausführliche Anleitung zum Tunen der Riemen vorbereitet. Sie benötigen ein Telefon, um entweder einen Online-Riementuner zu öffnen oder die offizielle Prusa App herunterladen, in der Sie ebenfalls einen direkten Link zum Tuner finden. Dieser Ansatz ist manuell, so dass Sie ein hohes Maß an Kontrolle über den Prozess haben.

Bevor Sie beginnen, hier meine persönlichen Empfehlungen:

  • Stellen Sie sicher, dass der Extruder in der vorderen rechten Position

    • geparkt ist.

  • Starten Sie mit dem Spannen des oberen Riemens. Wenn Sie mit der Einstellung der Spannung beginnen, stellen Sie STETS beide Schrauben (links und rechts) um den gleichen Betrag ein (z.B. eine halbe Umdrehung). Es mag logischer erscheinen, nur die linke Schraube zu drehen, um den oberen Riemen einzustellen, und die rechte Schraube unangetastet zu lassen, bis Sie mit der Einstellung des unteren Riemens beginnen, aber dies führt tatsächlich zu einem schiefen Portal. Die Riemen treffen sich im Extruder, sie sind also „verbunden“ und beeinflussen sich gegenseitig. Auch wenn Sie jeweils nur einen Riemen einstellen, drehen Sie immer beide Schrauben um den gleichen Betrag. Das schiefe Portal kann wieder gerade gerichtet werden, aber es ist besser, das Problem von vornherein zu vermeiden.
  • Bei manchen Handys kann es Probleme mit der korrekten Anzeige der Riemenfrequenz geben – das liegt daran, dass einige Hersteller einen Rauschunterdrücker für den Mikrofoneingang eingebaut haben. Die App sagt Ihnen, ob dies der Fall ist. Wenn Ihr Telefon Probleme hat, die richtige Frequenz zu lesen, versuchen Sie entweder einen anderen mobilen Browser oder ein anderes Telefon.

Wie ich bereits angedeutet habe, wird eine kommende FW einen Stroboskop-Effekt mit cleverer PWM der eingebauten LEDs anstelle des Riemen-Tuners verwenden. Aber das Endergebnis wird dasselbe sein: neue Spannung auf den XY-Riemen, nur ohne die App verwenden zu müssen.

Sobald Ihre Riemen richtig eingestellt sind, sollten Sie auch feststellen, dass der Vordruckprozess viel schneller ist und weniger „Knallen“ während des Homing-Vorgangs auftritt.

Sie sollten jetzt schon eine verbesserte Druckqualität sehen, aber um den wirklichen „Sweet Spot“ zu treffen, brauchen Sie auch die neue Beta-Version von PrusaSlicer.

Neue und verbesserte Druckprofile für den CORE One

Lassen Sie uns kurz über Druckprofile sprechen. Wir unterteilen unsere Profile generell in zwei Kategorien – Profile, die sich auf die Druckgeschwindigkeit konzentrieren (SPEED, DRAFT) und Profile, die die mechanischen Eigenschaften des Drucks in den Vordergrund stellen (STRUCTURAL).

Wir haben die Perimeter-Geschwindigkeiten identifiziert, bei denen VFAs auf dem CORE One auftreten. Bei den meisten Profilen war die Korrektur relativ einfach. Wir haben die Werte so angepasst, dass die Druckartefakte vermieden werden, während die Druckzeiten sehr ähnlich bleiben (einige Geschwindigkeiten wurden leicht erhöht, einige verringert). Bei unseren strukturellen Profilen müsste die Änderung der Perimeter-Geschwindigkeiten jedoch ziemlich signifikant sein, mit möglicher Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften der gedruckten Objekte. Wir möchten keine großen, überraschenden Änderungen an Profilen mit demselben Namen vornehmen. Wir wissen, dass viele von Ihnen CORE One in der Produktion verwenden, wo die Festigkeit der Drucke absoluten Vorrang vor Oberflächenglanzmängeln bei einigen wenigen Reflexions-/Materialkombinationen hat. Deshalb haben wir nur geringfügige Anpassungen an den Strukturprofilen vorgenommen.

Das bedeutet, dass strukturelle Profile immer noch Drucke erzeugen werden, bei denen VFA auftauchen kann, insbesondere bei PETG. Wenn wir dieses Profil als erste Wahl für hochbeständige, starke 3D-Drucke beibehalten wollen, müssen wir dies als einen notwendigen Kompromiss akzeptieren. Wir wollen hier so transparent wie möglich sein – natürlich können nicht alle Profile gleich sein, und einige Dinge sind durch die Physik begrenzt. Wenn wir behaupten würden, dass jedes Profil Spitzenqualität, beste Schichthaftung, Weltklasse-Haltbarkeit usw. liefert, würde das bedeuten, dass es sich im Grunde um ein und dasselbe Profil handelt und die einzelnen Parameter nichts bewirken.

Aber wir führen neue Druckprofile für den CORE One mit der Bezeichnung BALANCED ein. Ich denke, sie werden der neue Favorit der Anwender werden. Sie vereinen hohe Geschwindigkeit mit einem großartigen Oberflächenfinish und guter struktureller Integrität. Ich bevorzuge sie derzeit für die meisten praktischen Drucke, aber es hängt alles von Ihrem Anwendungsfall ab. Manchmal möchten Sie vielleicht das Profil DRAFT verwenden, um etwas so schnell wie möglich mit dicken Schichten zu drucken. In anderen Fällen ist SPEED perfekt für schnelle und saubere Drucke. Bei der Herstellung kleiner mechanischer Teile sollten Sie vielleicht immer noch STRUCTURAL verwenden.

Zusammenfassend:

  • SPEED – sehr schnell, sehr gute Oberflächenqualität, durchschnittliche Haltbarkeit
  • BALANCED – schnell, sehr gute Oberflächenqualität, gute Haltbarkeit
  • STRUCTURAL – schnell, akzeptable Oberflächenqualität, sehr gute Haltbarkeit

Wir fügen diese Profile auch zu EasyPrint, unserem cloudbasierten Slicer-Service, hinzu.

Synthetische Tests und ihre Nachteile

Bevor ich das alles zusammenfasse. Ich bin mir ziemlich sicher, dass dieser Artikel auch eine Gelegenheit für die Nutzer sein wird, zu prüfen, ob unsere Lösung wirklich funktioniert – und bitte tun Sie das! Dennoch möchte ich kurz auf synthetische Tests oder Benchmarks eingehen. Es ist 100%ig sicher, dass wenn Sie nach einem bestimmten Objekt suchen, um VFAs zu erzwingen, Sie auf jeden Fall irgendwann eines finden (oder entwerfen) werden. Es gibt wirklich keine Möglichkeit, einen synthetischen Test zu schlagen, der auf eine bestimmte Druckereinstellung abzielt und diese ausnutzt. Die Änderungen und Verbesserungen, über die ich heute spreche, sind für Benutzer von 3D-Druckern und ihre realen Szenarien gedacht: im Grunde für alle, die besser aussehende Objekte drucken möchten. Und ich bin mir sicher, dass der Qualitätssprung beträchtlich ist – und nicht nur bei unseren Druckern.

Also, nur eine kurze Zusammenfassung:

Nun, ich denke, das war’s 🙂 Ich weiß, dass meine Artikel manchmal sehr lang werden, aber wenn ein Thema so interessant ist, ist es schwer, es in ein paar Sätzen zu komprimieren. Ich persönlich liebe Deep Dives und Blicke hinter die Kulissen, und ich wette, Sie lieben sie auch. Ich hoffe, dass die Dinge zwischen uns transparent bleiben und Sie genau wissen, was wir gemacht haben und warum wir uns entschieden haben, bestimmte Dinge auf eine bestimmte Weise zu tun.

Viel Spaß beim Drucken!