DIY Filamentextruder
Das Ausgangsmaterial für 3D-Drucker ist teuer.
Deshalb habe ich einen Extruder gebastelt. Dieser kann alte gehexelte Kunststoffreste zu neuem Filament verarbeiten.
Das Ausgangsmaterial für 3D-Drucker ist teuer.
Deshalb habe ich einen Extruder gebastelt. Dieser kann alte gehexelte Kunststoffreste und Granulat zu neuem Filament verarbeiten.
Benötigte Materialien:
- 1x spirale_V1.2.stl (CNC Gefräst) oder alternativ: 35cm x 29mm Holzbohrer
- 1x motorcouple_V2_teil2.stl (CNC-gefräst oder gekauft, für Holzbohrer)
- 3x rohrhalter.stl (3D-Gedruckt, PLA, 2x nur untere Hälfte)
- 1x trichter.stl (3D-Gedruckt, PLA)
- 1x motor_halter.stl für Nema17 oder Nema23 (3D-Gedruckt, PLA)
- 1x motor_halter_2.stl (3D-gedruckt, für Scheibenwischermotor)
- 1x motorcouple_V2_teil1.stl (3D-gedruckt PLA, für Scheibenwischermotor)
- 1x planetargetriebehalter.stl (ist für jeden Akkuschrauber individuell) (3D-Gedruckt, PLA)
- 1x planetar_verschluss.stl (ist für jeden Akkuschrauber individuell) (3D-Gedruckt, PLA)
- 1x wasserbecken.stl (3D-Gedruckt, PLA)
- 1x nozzle-holder.stl (3D-Gedruckt, PLA)
- 1x kuehler.stl (3D-Gedruckt Metall, oder CNC gefräst)
- 1x Scheibenwischermotor oder Nema23 Motor mit Treiber
- 1x Planetargetriebe aus altem Akkuschrauber
- 1x Arduino Uno
- 1x Rotary knob
- 1x 20x4 I²C LCD Display
- 2x 10A 230V Relais
- 1x 12V 10A Netzteil
- 2x 40mm 12V Lüfter
- 2x 32mm 230V Heizmantel
- 1x Thermostat für Arduino
- 1x 35cm x 32mm Edelstahlrohr (1mm Wandstärke)
- M3 Schrauben (diverse)
- 1x M3 Gewindestange
- 1 Pack M3 Muttern
- 1x 2,5cm M14 Gewindestange
- 1x M14 Mutter
- 1x M14 Unterlegscheibe
- 1x 20cm x 1m x 2cm Holzbrett
- 4x Standfüße für Holzbrett
- 1x 1,75mm Bohrer
Wer eine CNC-Fräse zur Verfügung hat, kann das 3D-Modell oben herunterladen und selber fertigen.
Alternativ eignet sich auch ein 35cm langer M29 Holzbohrer.
Hierfür wird ein Adapter genötigt, welcher entweder CNC-Gefräst oder in diversen Onlineshops gekauft werden kann.
Der Bohrer wird in einem 35cm langem, 32mm breitem Edelstahlrohr mit 1mm Wandstärke montiert.
Um die Kunststoffzufuhr zu gewährleisten, habe ich mit der Standbohrmaschine eine seitliche Öffnung geschaffen und anschließend mit einer Feile rechteckig gemacht.
Als Grundplate dient ein 1m langes, 2 bis 3 cm starkes und 20cm breites Holzbrett, wer es etwas robuster möchte, kann auch 2020 Aluprofile verwenden.
Mittels 3D-Gedruckter Rohrhalter wird das Rohr auf der Grundplatte montiert:
Für die Düse habe ich ein 2,5cm kurzes Stück einer M12 Gewindestange abgeschnitten und am Schleifstein spitz angeschliffen.
Von der einen Seite habe ich von hinten ein 5mm Loch auf etwa 3/4 der Länge der Düse gebohrt.
Den Rest habe ich mit einem 1,75mm Bohrer gebohrt.
Als Ersatz habe ich gleich drei Düsen mit 1,75mm sowie eine mit 3mm gefertigt.
Um die Düse auf dem Edelstahlrohr zu montieren, habe ich einen Freund gebeten, für mich zunächst eine Unterlegscheibe und anschließend eine Mutter auf das Ende des Rohrs zu schweißen.
Der Extruder wird später an der Spitze am wärmsten sein, so dass das Granulat langsam immer weiter erwärmt wird.
Zunächst habe ich das Rohrende mit Teflon eingewickelt und anschließend einen Heizdraht angebracht.
Da das Teflon die Temperaturen nicht aushielt, habe ich es in einem zweiten Versuch durch Fiberglasfaserband ersetzt, welches in Autos zum Einsatz kommt und in KFZ-Wekrstätten erhältlich ist.
Jedoch wurde auch dieses mit der Zeit brüchig und so nahm ich am Ende etwas Geld in die Hand, und kaufte auf Aliexpress zwei Rohrheizmanschetten für 30mm Rohre, welche ich etwas aufbog, damit sie über das 32mm Rohr passten.
Zum Gleichmäßigen Nachfüllen Des Kunststoffgranulats durch das seitliche Loch brauchte ich einen Trichter.
Kurzerhand designte ich einen, welcher auf zwei Rohrhaltern montiert werden konnte.
Der Trichter misst 18x18x18 cm und kann somit gerade so mit einem gewöhnlichen Prusa-i3 gedruckt werden.
Für die Montage des Trichters habe ich mir von einer M3-Gewindestange acht Stücke abgeschnitten und diesen mit zwei unteren Teilen der Rohrhalter verbunden.
Diese habe ich anschließend über das Rohr geschoben und festgezogen, bevor das Ganze auf der Grundplatte befestigt wurde.
Als Antrieb nahm ich zunächst einen 24V Nema17 Motor. Für diesen entwarf ich einen Motorhalter:
Um genug Drehmoment zu bekommen, zerlegte ich einen alten Akkuschrauber und pflanschte das Planetargetriebe mittels einer Halterung zwischen Motor und Extruderschnecke.
Da das Planetargetriebe nun offen war, entwarf ich noch kurzerhand eine Verschlusskappe, welche verhindert, dass Dreck ins Getriebe kommt und dass die Zahnräder raus fallen.
Nun montierte ich alles auf der Grundplatte. Der Extruder nimmt inzwischen gut Form an.
An sich könnte man jetzt schon ersten Kunststoff extrudieren.
Der Austretende Kunststoff ist noch sehr plastisch, damit er schnell abkühlt, habe ich ein kleines Wasserbecken gedruckt.
Das frisch extrudierte Filament durchläuft direkt nach der Düse das Wasserbecken und soll anschließend aufgerollt werden.
Dies hat den Nachteil, dass das Filament noch im Ofen getrocknet werden muss.
Das fertige Filament soll direkt auf eine Rolle aufgewickelt werden, nachdem es das Wasserbad durchlaufen hat.
Leere Filamentrollen habe ich bereits genug. Auf der Grundplatte ist extra Platz vorgesehen, an welchem diese später mit Aufwickeleinrichtung montiert werden kann.
Leider bin ich bisher nicht dazu gekommen, diesen Mechanismus fertig zu bauen. Für die einzelnen Düsen habe ich eine Halterung entworfen, diese dient dazu, dass die gerade nicht in Verwendung befindlichen Düsen nicht verloren gehen und immer gut aufgeräumt sind.
Die Halterung kann aus einfachem PLA gedruckt und auf die Grundplatte geschraubt werden.
In einem längeren Testlauf habe ich festgestellt, dass das gesamte Extruderrohr warm wird und so der Kunststoff teilweise schon viel zu früh schmilzt.
Um dies zu verhindern, bedarf es einer Kühlung im hinteren Teil des Rohres, so entsteht ein gleichmäßiger Temperaturgradient.
Zwei doeser speziell designten Kühler umschließen das Rohr perfekt. Auf ihnen kann jeweils ein 40mm Fentilator montiert werden.
Leider fehlt mir eine CNC-Fräse, um einen solchen Kühler zu fertigen.
Deswegen habe ich ihn erstmal mit Kunststoff 3D-gedruckt:
Den Kunststoffrohling habe ich anschließend in Gips eingegossen und aushärten gelassen.
Nach einer Woche habe ich die Form im Holzofen erwärmt und somit den Kunststoff ausgebrannt, die nun leere Form habe ich mit einem Blei-Zinngemisch ausgegossen.
Dies war das erste Mal, das ich versucht habe, Metall zu giesen, entsprechend schlechter Qualität war das Resultet.
Beim Lösen des Gips kam zum Vorschein, dass die Kühlnoppen nicht vollständig ausgegossen waren und sehr viele Lufteinschlüsse vorhanden waren.
Vielleicht kann man es besser machen, indem man von der Oberseite aus gießt und Luftkanäle für die vier Befestigungsfüße lässt.
Um dennoch einen Kühler zu haben, musste ein Plan B her.
Kurzerhand habe ich in der Schrottkiste einen alten PC-Kühler gefunden und in zwei Hälften gesägt.
Mit einer Raspel, welche eigentlich für Holz gedacht ist, aber mit Aluminium auch ganz gut zurecht kommt, habe ich die glatte Unterseiten der Kühlerhälften halbrund geraspelt.
Mit einer Feile habe ich noch etwas nachgearbeitet. Nach einigem Hin und Her hatte der Kühlkörper die entgültige Form.
Mit vier M3-Gewindestangen habe ich ihn vor der Ersten Rohrhalterung am Extruderrohr befestigt.
Der Extruder ist inzwischen fast einsatzbereit.
Das wichtigste, was noch fehlt, ist eine Steuerung.
Ich habe ein kleines Thermostat zwischen den Heizelementen verschraubt und mit einem Arduino Uno verbunden.
Die Bedienung erfolgt über einen Drehknopf und ein 4-Zeilen LCD-Display, wie wir es von 3D-Druckern gewohnt sind.
Über eine notdürftig geschriebene Arduino-Software kann man mit mit einem Sopftware-PID-Regler die Temperatur einstellen und den Motor sowie die Lüftung stuern.
Nun wird es Zeit für die ersten Funktionstests.
Ich habe die Heizelemente mit 230V verbunden, den Motor an den Arduino Motortreiber angeschlossen und den Trichter mit etwas PP-Granulat befüllt.
Nach etwas Zeit kam auch schon das erste Filament aus der Düse.
Dieses war noch relativ ungeleichmäßig, aber die Ergebnisse zeigten, dass ich auf einem guten Weg bin.
Nach etwas Feintuning an dem PID-Regler kamm das Filament auch schon wesentlich gleichmäßiger aus der Düse.
Leider hatte der Schrittmotor nicht genug Leistung, weshalb ich ihn durch einen alten Scheibenwischermotor ersetzte.
Hierfür konzipierte ich eine neue Motorhalterung und einen Adapter für das Planetargetriebe Nun ist die erste Bauphase des Extruders abgeschlossen.
In einer zweiten Bauphase möchte ich noch die Vorrichtung zum Aufwickeln des Filaments bauen und das Wasserbecken modifizieren.
Bis dahin wünsche ich viel Spaß beim Basteln und Nachbauen.
Die Dateien sthen oben kostenfrei zur Verfügung.
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