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Prusa i3 MK3S Mod: 3D-Drucker selber bauen


Die Elektronik

LDO Schrittmotoren

Die Elektronik kann vom Original Prusa MK3S übernommen werden. Lediglich die Schrittmotoren von der Firma LDO Motors sind schwer aufzutreiben, da diese direkt beim Hersteller eingekauft werden und es nur wenige Reseller gibt. Zudem herrscht hinsichtlich der Spezifikationen immer noch Unklarheit im Netz. Deshalb haben wir alle Informationen zu den Prusa MK3S Schrittmotoren zusammengetragen. Für den Extruder kann auch ein Pencake Motor (z.B. MT-1701HS140A: Nema 17, 0.9°, 400 steps/rev., 1.4A, 18N/cm Holding Torque, 26 mm Body, 27 mm Output Shaft (5mm diameter)(24mm D-Shaped)) verwendet werden. Wer nicht unbedingt hochauflösend drucken möchte, der wird zwischen 1.8° und 0.9° keinen großen Unterschied feststellen. Dieser kompakte Motor eignet sich unter anderem für ein späteres Upgrade mit einem Titan oder Titan Aero Extruder. Als Alternative für die LDO-Motoren können auch die Motech-Motoren verwendet werden wie z.B. die Modelnummer MT-1703HSM168RE sowie das Model MT-1702E133G6-365T mit integrierter Spindel. Aber Vorsicht: Für bestimmte Schrittmotoren ist die Anpassung der Firmware erforderlich.

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Original LDO Schrittmotoren von Zaribo

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Original Prusa i3 MK3 Schrittmotoren von LDO Motors

Die beste Bezugsquelle in Europa ist der Zaribo-Shop. Dieser bietet neben zahlreichen hochwertigen Komponenten für 3D-Drucker auch die LDO-Motoren in diversen Ausführungen (Einzeln oder als Kit) an und hat zusätzlich einen optimierten Extruder im Programm, der im Vergleich zum Prusa3D-Extruder im Druckbetrieb wesentlich weniger aufheizt. Wer jedoch eine Druckraum nutzt, bekommt möglicherweise aufgrund der Hitzeentwicklung Probleme mit PLA-Filament, da vom Motor erzeugte Wärme auf das Extruder Antriebsrad übertragen wird und das wiederum das PLA-Material erweichen lässt. Alukühlkörper (40 x 40 x 11 mm) wären eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken.

  Trapezgewinde-Motoren (365 mm lead screw; Tr8x2) Motoren
Modellnummer LDO-42STH40-1004A LDO-42STH38-1004A
Step Angle 1.8° (200steps/rev) 1.8° (200steps/rev) 
Step Angle Accuracy ±5% (full step, no load) ±5%
Resistance Accuracy ±10%
Inductance Accuracy ±20%
Temperature Rise 80DegreeC Max. (rated current,2 phase on)
Ambient Temperature -20~+50DegreeC
Insulation Resistance 100M(Ohms) Min. ,500VDC
Dielectric Strength 500VDC for one minute
Shaft Radial Play 0.02Max. (450 g-load)
Shaft Axial Play 0.08Max. (450 g-load)
Max. radial force 28N (20mm from the flange)
Max. axial force 10N
Holding Torque 1.7~6.5 Kg.cm
Phases 2 2
Rated Voltage 6.5 V 6.5 V 
Current/Phase 1.0A 1.0A
Resistance/Phase 6.5 ohms 6.5 ohms 
Inductance/Phase 13 mH 13 mH
Holding Torque 4.8 Kg.cm 4.8 Kg.cm
Rotor Inertia 63.7g.cm² 63.7g.cm²
Diameter 5 mm 5 mm
Frame Size[HxWxL] 42 x 42 x 40 mm 42 x 42 x 38 mm

Theoretisch könnten auch alternative Schrittmotoren mit einem Phasenstrom von 1.5 A verwendet werden, da sich darauf lediglich das Nennmoment des Motors bezieht. Um Motoren nicht unnötigen thermischen Belastungen auszusetzen, wird normalerweise im Motorstillstand eine Stromabsenkung vorgenommen. Im Dauerbetrieb wird der Motor erst dann thermisch überlastet, wenn der Stromwert überschritten wird. Deshalb sollte die Spannung an den Schrittmotor-Treibern von 3D-Druckern für die x-, y- und z-Achse maximal 0,9V betragen und für den Extruder maximal 1,2V (Richtwert). Wer bereits Motortreiber getauscht hat und einen wesentlich höheren Wert über das integrierte Potentiometer eingestellt hat, dürfte einen Temperaturanstieg am Motorblock wahrgenommen haben. Das Rambo Einsy 1.1 Mainboard vom Prusa i3 MK3S hat jedoch integrierte Motortreiber, deren Spannung über die Firmware geregelt wird. Deshalb können auch größer dimensionierte Schrittmotoren verwendet werden. Bei höheren Druckgeschwindigkeiten (> 150 mm/s) können jedoch unnötige Pausen beim Druck entstehen, weswegen der 3D-Drucker nicht komplett ausgereizt werden sollte. Wir haben teilweise mit bis zu 250 mm/s gute Druckergebnisse bei PLA erzielen können. Kühlen des Extruders vorausgesetzt. Hierbei spielen jedoch viele Faktoren eine Rolle wie der Infill und die Drucktemperatur.  

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Schrittmotoren von LDO Motors für den Prusa i3 MK3S und Zaribo 220

Wenn ein Schrittmotor an einem Schrittmotorentreiber angeschlossene werden soll, müssen die vier Feindrahtlitzen in korrekter Reihenfolge angeschlossen werden. In unserem Kit sind die Kabel der LDO-Motoren bereits mit passendem DuPont-Stecker in korrekter Reihenfolge gecrimpt. Wer über ein Multimeter verfügt, kann dieses auf die kleinste Stelle einer Widerstandsmessung setzen. Der Widerstand sollte dabei unendlich hoch sein (Wert = 1    .). Werden die beiden Kontakte zusammengeschlossen (Durchgangsprüfung), geht der Widerstand logischerweise gegen Null. Jetzt kann man daher gehen und den Widerstand zwischen dem roten Draht und den drei anderen Drähten nacheinander messen. Wird ein Widerstandwert gemessen, hängen die beiden entsprechenden Drähte an der selben Wicklung (z.B. Blau und Rot sowie Grün und Schwarz). 

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Zaribo 320 Schrittmotoren von LDO Motors

Heizbett und Druckplatte

Für das Heizbett gibt es diverse Bezugsquellen. Für unseren DIY-Projekt viel zunächst die Wahl auf den chinesischen Hersteller Lankeda, der über 10 Jahre Erfahrung im Bereich 2D- und 3D-Drucker vorweisen kann. Die Komponenten können auch von privaten Nutzern über die Webseite Alibaba.com bezogen werden. Das magnetische Heizbett MK42/MK52 (Prusa i3 MK2(S)/MK3(S)) entspricht der Original Prusa i3 Qualität, ist aber weitaus günstiger als das Original. Zudem sind auf Anfrage auch Sonderanfertigungen möglich.

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Wer sich jedoch die Versandkosten sparen möchte und zudem auf erstklassige Qualität setzt, der bestellt sich das MK52 24 V Heizbett inklusive Abstandshalter, Thermistor, Anschlusskabel und x-Carriage auf Zaribo.org.

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PCPointer.de i3 MK3 Mod

BuildTak FlexPlate und Dauerdruckplatte

Neben der Heizplatte ist eine Druckplatte notwending, wie sie von BuildTak angeboten wird. Das Unternehmen BuildTak bietet seinen Kunden eine ganz besondere Druckauflage an. Die BuildTak FlexPlate bietet in Kombination mit der BuildTak Dauerdruckplatte eine ausgezeichnete Haftung für 3D-Objekte und lässt sich zum Lösen der Bauteile einfach biegen. Der Hersteller bietet Platten für diverse 3D-Drucker an wie dem Ultimaker S5 oder dem Original Prusa i3 MK3S.

Das BuildTak-System ist auf hunderte Stunden Betriebszeit ausgelegt, setzt jedoch aufgrund seiner starken Haftung einige Testdrucke voraus. Umsteiger und Neulinge sollten den Abstand zwischen Druckbettauflage und Druckdüse etwas vergrößern und zunächst testen, ob die Haftung dafür nicht doch ausreichend ist. Das System bietet dank der BuildTak 3D Druckoberfläche eine ausgezeichnete Haftung für ABS, PLA, HIPS, PET+ und andere Filamentsorten.

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BuildTak FlexPlate bietet und BuildTak Dauerdruckplatte

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BuildTak FlexPlate bietet und BuildTak Dauerdruckplatte

Rambo Einsy 1.1 Mainboard

Das RAMBo Einsy 1.1 Mainboard ist etwas teurer als beispielsweise eine Arduino 2560 Platine mit Ramp 1.4 Treiberplatine und entsprechenden Schrittmotor-Treibern, dafür aber auch mit zahlreichen Features ausgestattet. Es sind unter anderem 4x Trinamic TMC2130 Schrittmotorentreiber mit 1/256 Mikroschritten und 4x Mosfets integriert. Zudem lässt sich das Mainboard sowohl mit 12V als auch mit 24V Betriebsspannung betreiben. Ein sehr tolles Features ist außerdem die automatische Spannungsregelung für die Schrittmotoren über die Firmware. Ein weiteres nützliches Features ist die Erweiterung um einen Raspberry Pi Zero W, um den eigenen 3D-Drucker vom heimischen Rechner aus zu steuern. Wir haben uns am Ende für einen Raspberry Pi 3 entschieden, der bei Verwendung einer Webcam aufgrund seiner besseren Performance zu empfehlen ist.

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RAMBo Einsy 1.1 Mainboard

4 Kommentare zu Prusa i3 MK3S Mod: 3D-Drucker selber bauen

  1. André

    Hallo PC-Pointer,
    lohnt der Selbstbau wirklich? Außer den von euch verbauten Noctua-Lüftern erkenne ich keinen Unterschied zum Zaribo 220 MK3s Rel. 3 den man nach meiner Überschlagsrechnung eurer Stückliste zum etwas gleichen Preis bekommt. Oder übersehe ich etwas komplett?

  2. TigerClaw

    Hi,
    die Idee haben wir parallel zum Zaribo ins Leben gerufen, wussten zuvor jedoch nicht, dass es den Zaribo überhaupt gibt. Während der Recherche nach passenden Sponsoren sind wir dann auch auf den Zaribo gestossen und unterstützen durch die Einkaufsliste den Shop. Die Teile sind jedoch nicht alle von Zaribo.

    Das Zusammensuchen der Teile ist hilfreich, um sich Erfahrungen im 3D-Druck anzueignen. Natürlich kann der Zaribo auch als Komplettpaket bezogen werden. Aus dem Paket ist die genaue Artikelbezeichnung jedoch nicht ersichtlich und oftmals ist es hilfreich zu wissen, was genau in einem 3d Drucker steckt. Eventuell möchte man bestimmte Komponenten durch andere ersetzen. Eine Einkaufsliste ist lediglich eine Orientierung, die nichts über den tatsächlichen Preis sagt. Man kann sich genauso gut eine Uhr mit Temperaturmesser kaufen oder der Einkaufsliste für einen Raspberry Pi mit Sensoren folgen das bleibt jedem selbst überlassen.

    Wir haben uns beispielsweise für ein Heatbed von Prusa3D entschieden, die Aluprofile und die Wellen sowie Kugellager sind von Misumi direkt bezogen worden. Es kommt natürlich immer darauf, was man kaufen möchten. Wir wollten spezielle hitzebeständige Silikon Kabel von Voelkner bestellen, haben daher auch das Netzteil (unschlagbar günstig) sowie den Kaltgerätestecker und weiteres Zubehör dort bestellt und dank Gutschein Code zusätzlich Geld gespart. Daher hat sich der separate Einkauf zur richtigen Zeit gelohnt. Das Upgrade von MK3 zu MK3S gab es bei Zaribo damals noch nicht. Also haben wir die Teile bei Prusa3D bestellt und das Heizbett mit Druckplatte ebenfalls dort bestellt. Wenn man also mehrere Komponenten unabhängig vom Drucker bestellen möchte, lohnt es sich einzeln einzukaufen. Oder aber wenn man sparen möchte. Wer sich die Arbeit jedoch nicht machen möchte, für den bietet sich der Zaribo Shop an. Wir haben mittlerweile auf das Magnum hotend umgestellt. In der Zwischenzeit wird es von Zaribo sicherlich passende Lösungen geben.

    Der Artikel sollte viel mehr als zusätzliche Unterstützung dienen, da dieser detaillierte Infos zum Thema beinhaltet. So muss man sich beispielsweise nicht separat zum Aufbau Tutorials zum Thema Firmware oder ähnliches zusammensuchen. Die Einkaufsliste ist nur ein kleiner Teil davon 😉

  3. crix

    Bei der Beschreibung der Motoren redet ihr die ganze Zeit von Spannung, die Ihr dann in Ampere angebt. Ich nehme mal an ihr meint den WicklungsSTROM, der wird in A (Ampere) angegeben. Eine Spannung würde in V (Volt) angegeben und macht in dem Zusammenhang keinen Sinn.

  4. TigerClaw

    Danke für den Hinweis. Tatsächlich hat sich die Ampere Einheit ganze 2 Mal eingeschlichen. Natürlich sollte es Volt heissen.

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