Regelmässige Wartung von Ultimaker Druckern

 

3D Drucker sind Maschinen und Maschinen brauchen Wartung damit sie langfristig zuverlässig funktionieren und gute Ergebnisse liefern. Wir die regelmässige Wartung vernachlässigt, kommt es früher oder später zu Defekten, welche z.T. das Einsenden oder Vorbeibringen des Druckers bei einer Reparaturstelle erforderlich machen. In der Folge fehlt der Drucker dann einige Zeit im Betrieb und wird schmerzlich vermisst.

Bei DIM3NSIONS sehen wir bei unseren Kunden Drucker in den unterschiedlichsten Zuständen. Da sind gut und regelmässig gewartete Geräte, die auch nach drei bis fünf Jahren noch praktisch fabrikneu aussehen, wo ein Blick auf die Statistik aber aufzeigt, dass der Drucker durchaus mehrere Tausend Druckstunden im Jahr absolviert. Am anderen Ende stossen wir gerade im Zusammenhang mit Reparaturen aber auch immer wieder auf nicht so alte Maschinen, denen man schon von Weitem ansieht, dass sich vermutlich kaum jemand je um die entsprechende Wartung kümmert. Das muss nicht einmal in böser Absicht geschehen; vielfach verlässt der für die Wartung zuständige Mitarbeitende das Unternehmen und hinterlässt damit eine Wissenslücke.

Dieser Artikel soll das Bewusstsein schärfen, dass eine regelmässig und seriös ausgeführte Wartung das Minimum an Zeit- und Geldeinsatz bedeutet.

 

Generelle Überlegungen

Eine erfolgreiche Wartung hat zwei essentielle Zutaten: 1) einen Wartungsplan und 2) jemand, der sich um die Wartung kümmert.

Beginnen wir mit dem offensichtlichen zweiten Punkt. Hier liegt häufig wie schon eingangs erwähnt die Ursache für eine vernachlässigte Wartung: niemand ist oder fühlt sich zuständig. Das hängt häufig auch mit der Art und Weise zusammen, wie ein 3D Drucker in einem Unternehmen benutzt wird. Sehr häfig gibt es zwei verschiedene Rollen, welche Mitarbeitende bezüglich des Druckers haben können: reine Benutzer und Administratoren. Erstere nutzen den Drucker bei ihrer täglichen Arbeit, führen aber ausser Material- und ev. Printcore- oder Düsenwechsel keine weiteren Arbeiten am Drucker aus. Zweitere sind dann für die Wartung zuständig und auch Anlaufstelle bei Druckproblemen.

Natürlich gibt es auch, gerade kleinere, Unternehmen, welche eine Jeder-druckt-und-jeder-macht-Wartung-Strategie verfolgen. Das kann je nach Firmenkultur und -struktur auch durchaus Sinn machen. Allerdings besteht hier das erhebliche Risiko, dass sich schlussendlich niemand für die nicht so spannenden Aufgaben wie Reinigung oder generell Wartung zuständig fühlt. Es ist daher ganz klar empfohlen, eine oder besser zwei (Stichwort Ferienvertretung) Personen für die Wartung zuständig zu erklären.

Beim anderen Punkt, dem Wartungsplan stellt sich die Frage, wie häufig sollte denn Wartung durchgeführt werden? Berühmte Antwort darauf: es kommt darauf an. Konkret hängen die empfohlenen Wartungsintervalle natürlich sehr stark davon ab, wie häufig ein Drucker benutzt wird; ein Ultimaker S5 Pro Bundle, das 24 Stunden am Tag läuft, braucht sicherlich mehr Wartung als ein Drucker, der ein bis zwei Mal pro Monat zum Einsatz kommt. Die folgenden Empfehlungen beziehen sich daher auf eine durchschnittliche Benutzung des Druckers während 1500 Stunden im Jahr, d.h. für einen Auslastungsgrad von ca. einem Sechstel. Wird mehr gedruckt, so sind die einzelnen Wartungsvorgänge entsprechend häfiger auszuführen.

Die Ultimaker 3 und S-Line-Drucker bieten in der Digital Factory ein rudimentäres Wartungswerkzeug an. Basierend auf dem empfohlenen Wartungsplan - von dem sich die Empfehlung von DIM3NSIONS nur in wenigen Punkten unterscheidet, doch dazu später - kann der Benutzer bzw. Administrator ausgeführte Wartungen als erledigt markieren und sieht, wann die nächste Wartung fällig ist. Allerdings wird hier aktuell (Stand Januar 2022) nur mit oben erwähnten Auslastungsgrade gerechnet und nicht die effektive Drucker-Auslastung einbezogen.

Wartungsmodul in der Digital Factory
Das Wartungsmodul in der Ultimaker Digital Factory hilft, die durchgeführte Wartung zu überwachen.

 

Aufgerufen wird das Wartungsmodul durch Wechsel von der Druckjob-Ansicht in die Wartungsansicht auf der Druckerseite oder via Drei-Punkte-Menü auf der Drucker-Übersichtsseite.

 

 

Wartung beginnt im (Druck-)Kopf

Die vielleicht wichtigste Wartung, die an einem Ultimaker 3, S3 oder S5 vorgenommen werden sollte, ist die regelmässige Überprüfung der Silikon-Abdeckung der Printcores. Sie verhindert das Hochfliessen von geschmolzenem Kunststoff in den Druckkopf und ist ein Verschleissteil. Konkret beginnt sie am Rand rund um die Düse einzureissen. Diese Überprüfung ist so wichtig, dass wir ihr schon vor Jahren einen eigenen Newsbeitrag gewidmet haben. Die Silikon-Abdeckung sollte etwa einmal pro Monat überprüft werden. Das von Ultimaker empfohlene Intervall von drei Monaten erscheint uns aus eigener Erfahrung als zu lang. Je nachdem, ob häufig Kunststoff mit hoher Drucktemperatur verarbeitet wird, z.B. ABS oder PC, aber auch faserverstärkte Filamente, sollte die Überprüfung häufiger vorgenommen werden.

Ist die Druckkopf-Klappe bei einem Ultimaker 3 oder S-Line Drucker schon mal offen, so kann man gerade eine andere Wartung durchführen: die Befreiung des Axiallüfters, der für die Kühlung der Printcores (bzw. des Edelstahl-Isolators bei der Ultimaker 2-Familie) zust/auml;ndig ist. V.a. bei den Modellen 3, S3 und S5 gelangen ständig feinste Kunststofffäden (Abfallprodukt der Extrusion, entstehen z.B. beim Verfahren) in diesen Lüfter. Das ist grundsätzlich nicht unmittelbar ein Problem, sind diese Fädchen denn so fein, dass die Schaufelblätter des Lüfters sie gar nicht bemerken. Allerdings wickeln sie sich langsam aber sicher um den Rotor des Lüfters und wandern dorch einwärts bis zum Lager des Lüfters. Sammeln sich dort genügend solcher feiner Fäden an, wird der Lüfter immer mehr abgebremst und kommt irgendwann zum Stillstand. Leider verfügen die Lüfter in den Ultimaker Druckköpfen nicht über ein sogenanntes Tacho-Signal, mit dem die Drehzahl ausgelesen werden kann. Daher bleibt das Stillstehen eines solchen Lüfters an sich häufig erst mal unbemerkt. Durch die fehlende Kühlung wandert jedoch die Wärme im Hotend weiter hoch als sie das sollte. Die Folgen sind eine miserable Druckqualität und das Fehlschlagen des Filament-Entladens. Wer also seinen Axial-Lüfter im Druckkopf so lange wie möglich am Laufen halten will, der pickt diese feinen Fäden mit einer flachen Pinzette aus dem Lüfter heraus. Die Pinzette ist vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Material, denn die nicht ganz schwachen Magnete der Druckkopf-Klappe sind ganz in der Nähe. Natürlich wird die Reinigung mit stillstehendem Lüfter ausgeführt; am besten bei ausgeschaltetem Drucker.

feine Fäden im Frontlüfter
Feinste Fäden sammeln sich im Frontlüfter an und führen durch Akkumulation zum Stillstand desselben.

 

Schliesslich brauchen auch die Printcores bzw. das Hotend eine regelmässige Wartung. Verkrustungen aussen an den Düsen können leicht entweder mit dem Fingernagel oder einer Messingbürste im kalten Zustand entfernt werden. Nicht verkrustete Kunststoffablagerungen lassen sich mit einem möglichst fusselfreien Stofflappen von dem auf ca. 150°C geheiztem Hotend/Printcore entfernen.

Doch Ablagerungen finden auch auf der Innenseite des Hotends/Printcores statt, insbesondere bei Verwendung von PVA in einem BB Printcore. Dem ist mit einem sogenannten Printcore-Cleaning bzw. Cold Pull zu begegnen. Dieses Prozedere sollte einmal im Monat (oder häufiger bei intensivem Gebrauch) durchgeführt werden. Wird dabei festgestellt, dass praktisch keine Ablagerungen vorhanden sind, kann das Intervall auch schrittweise verlängert werden. Eine Beschreibung der Vorgehensweise findet sich im News-Artikel über das Drucken mit wasserlöslichem Stützmaterial.

Die CC Printcores haben besondere Wartungsintervalle und Randbedingungen, welche im entsprechenden Ultimaker Support Beitrag nachgesehen werden können.

 

Abrieb im Feeder und Bowden-Schlauch

Wir alle wissen, was passiert, wenn man mit Sommerpneus im Schnee herumfährt: der Schnee oder Schneematch verstopft die Rillen im Reifen und der Pneu findet keinen Halt mehr auf der Strasse. Im Prinzip genau dasselbe passiert, wenn der Feeder sich ins Filament eingräbt. Passiert dies - eher auf einem Ultimaker 3 oder einem Modell der Ultimaker 2 Familie, d.h. ohne Filamentdurchflusssensor, als bei der S-Linie - so sollte sofort der Feeder gereinigt werden.

Doch auch im Normalbetrieb generiert die Feederwelle immer ein wenig solchen Abrieb. Daher sollte jeder Feeder so etwa alle drei Monate gereinigt werden. Dazu wird zuerst der Bowden-Schlauch entfernt und anschliessend der Deckel des Feeders abgenommen - mittels Lösen der vier Schrauben an den Ecken. Zuvor sollte jedoch die Vorspannung des Feeder-Rads auf Minimum gestellt werden. Dies ist dann der Fall, wenn der Indikator zuoberst ist (bei allen weissen Feedern von Ultimaker). Danach können die einzelnen Teile, insbesondere, die gerändelte Welle, mit einem Pinsel entfernt werden. Eine noch detailliertere Anleitung gibt es im Support-Artikel von Ultimaker nachzulesen.

Öffnen und Reinigen des Feeders: Bowden-Schlauch entfernen (Bild oben links), Anpressdruck auf Minimum stellen (Indikator ganz oben, Bild oben rechts), Feeder-Deckel vorsichtig abnehmen (Bild unten links), Feeder-Welle mit Pinsel reinigen (Bild unten rechts).

 

Etwa einmal im Jahr sollten auch die Getrieberäder der Feeder gereinigt und neu gefettet werden. Dazu wird der gesamte Feeder durch Lösen der beiden einzelnen Schrauben oben und unten am Feeder-Gehäuse entfernt. Bei der S-Line wird zusätzlich vorsichtig der kleine Stecker des Filamentsensors entfernt.

 

Fetten des Motor-Ritzels nach erfolgter Reinigung der Getrieberäder.

 

Das dreimonatliche Reinigen der Feeder ist der ideale Zeitpunkt, auch die Bowden Schläuche einer Reinigung zu unterziehen. Dazu werden die Schläuche an beiden Enden entfernt. Zur Reinigung selbst kann entweder Druckluft benutzt werden oder aber ein Stück Chenillendraht (auch Pfeifenputzer genannt), das mittels eines nicht brüchigen Filamentstücks durchgestossen wird. Danach sollte unbedingt eine kurze optische Kontrolle der Schläuche stattfinden. Sind Knicke oder Kerben in der Innenseite im Schlauch erkennbar, so sollte der Schlauch ausgetauscht werden. Ultimaker empfiehlt den generellen Austausch nach einem Jahr, was aber je nachdem, wie das Filamentende jeweils ab- und zugeschnitten und wie häfig das Filament gewechselt wird, aus Sicht von DIM3NSIONS nicht unbedingt notwendig ist.

 

 

Damit es rund und wie geschmiert läuft: Achsen und Riemen

Ein reibungsloses Gleiten auf den Achsen ist zentral für eine gute Druckqualität. Daher sollten die Achsen immer gut geölt sein, da z.B. in den Sliding-Blocks, welche die Druckkopfachsen festhalten, Bronze-Lager verbaut sind, welche auf einen Ölfilm angewiesen sind. Ist eine Achse trockengelaufen, so kann sie einfach mit einem kurzen Strich dünnflüssigem Maschinenöl (wie z.B. Unilube) auf die Achse aufgetragen und dann den entsprechenden Sliding Block ein paar Mal darüber hinweg bewegt neu geölt werden. Auf keinen Fall sollte ein anderes Schmiermittel wie etwa Teflon-Fett (Magnalube oder Eurol CS-2/103-S) für die Achsen verwendet werden. Solche Fette verstopfen die Poren des Bronze Lagers (und auch der Linear-Kugellager im Druckkopf und im Druckbett). Wird versehentlich ein solches Mittel verwendet, so ist der Austausch der betroffenen Lager angezeigt.

Während des Ölens der Achsen können auch gerade Staub und andere Schmutzresten von den Linearkugellagern, Sliding-Blocks und Achsenenden entfern werden. Es empfiehlt sich, etwa einmal im Monat die Achsen auf genügend Öl zu überprüfen. Am besten geht dies durch Entlangfahren mit einem sauberen Finger auf der Achse. Glänzt die betreffende Stelle am Finger nachher mehr als der Rest des Fingers, ist noch genügend Öl auf der Achse.

Ölen der horizontalen (links) und vertikalen (rechts) Achsen.

 

Nicht nur die Achsen nehmen Schnutz aus der Umgebung auf sondern v.a. auch die Spindel der Z-Achse. Hier ist ein regelrechter Veloketten-Effekt zu beobachten: Mit der Zeit füllt sich die Spindel mit einer hässlichen schwarzen Schmiere bestehend aus Fett, Staub und Kunststoffpartikeln. Das kann mit der Zeit zu ernsthaften Beeinträchtigung der Druckqualität führen. Daher ist die Spindel wie besagte Velokette von Zeit zu Zeit zu reinigen. Im Prinzip können da die gleichen Reinigungsprodukte verwendet werden: Ein Kaltreiniger hilft z.B., die Spindel sehr schnell von der schwarzen Schmiere zu befreien. Allerdings entfettet er die Spindel komplett. Daher muss diese anschliessend neu gefettet werden - am besten mit Magnalube oder Eurol. Eine solche Reinigung sollte in einem sinnvollen Intervall durchgeführt werden; ein solches ist, je nachdem wie häufig gedruckt wird, eine Zeit zwischen drei Monaten und einem Jahr. Dazu wird ein kurzes Würstchen Fett auf die Spindel aufgetragen und das Druckbett anschliessend mittels der entsprechenden Funtkion im Druckermenu einmal nach oben und unten bewegt. Dies kann auch für die Verteilung des Öls auf den vertikalen Achsen so gemacht werden. Tipp: Ein stets sauber gehaltener Innenraum des Druckers hilft, den Aufbau der schwarzen Schmiere auf der Spindel hinauszuzögern.

Fetten der Z-Achsen-Spindel mit Magnalube nach gründlicher Reinigung, z.B. mit einem Kaltreiniger.

 

Was die Spindel für die Z-Achse ist, sind die Riemen für die X- und Y-Achse. Hier geht es bei der Wartung v.a. um die korrekte Riemenspannung. Diese wird an den langen und an den kurzen Riemen unterschiedlich sichergestellt.

Die langen Riemen der Achsen werden teilweise durch eine Feder im Innern der Sliding Blocks gespannt. Allerdings überträgt sich diese Spannung nur auf den Teil des Riemens, der durch den entsprechenden Sliding-Block geht; der Rest des Riemens wird nicht ständig nachgespannt. Das hat dann manuell zu geschehen. Dazu werden die Stellschrauben der beiden zum Riemen gehörenden Zahnriemenräder gelöst und dann der Druckkopf ca. fünf Mal in entsprechender Richtung hin- und herbewegt. Anschliessend werden die Stellschrauben wieder angezogen. Dabei sollten unbedingt nur die Stellschrauben eines einzelnen Riemen aufs Mal gelöst werden, da ansonsten die Ausrichtung der Druckkopfachsen verschoben werden kann.

Beim Wieder-Anziehen der Stellschrauben sollte weiter darauf geachtet werden, dass die entsprechenden Zahnriemenräder ganz aussen auf der Achse sitzen, d.h. kein Längsspiel dieser Achse erlauben. Ansonsten sind Probleme mit der Masshaltigkeit und/oder Druckqualität vorprogrammiert. Eine Überprüfung der Riemenspannung sowie der Achsen auf Längsspiel sollte etwa alle drei Monate erfolgen.

Die kurzen Riemen, welche die Motoren mit den Achsen verbinden, haben kein automatisches Spannsystem. Hier gilt als Daumenregel, dass man durch sanften Druck die Riemen niemals zusammenführen können sollte. Auch sollte sich der kurze Riemen während des Drucks immer etwa am gleichen Ort befinden und nicht durch Richtungswechsel in eine andere Position gezogen werden.

Ist die Spannung der kurzen Riemen ungenügend, so werden die vier Schrauben des entsprechenden Motors von aussen leicht gelöst (aber nicht entfernt), etwas Druck von oben auf den Motor ausgeübt und dann die vier Schrauben über Kreuz wieder angezogen.

Lösen der Motorschrauben (links) und Ausüben des Drucks auf den Motor vor kreuzweisem Wieder-Anziehen der Motorschrauben (rechts).

 

Während jeglicher Arbeiten an Riemen, Motoren, Achsen oder der Z-Spindel sollte der Drucker entweder ausgeschaltet oder aber via Digital Factory bzw. Management Console auf deaktiviert gestellt werden, so dass die ausführende Person nicht plötzlich durch den Start eines Druckauftrags überrascht wird.

 

 

Generelle Reinigung

Eine saubere Maschine ist eine gut funktionierende Maschine. Was seit Jahrzehnten in der subtraktiven Fertigung (Fräsen, Bohren, Drehen, etc.) gilt, trifft auch auf 3D-Drucker zu. Leider werden nicht selten 3D-Drucker mit 2D-Druckern gleichgesetzt, die häfig interne Reinigungsroutinen haben und weniger starker Verschmutzung ausgesetzt sind. Daher wird die generelle Reinigung vielfach vernachlässigt. Jeder Betreiber eines 3D-Druckers sollte sich jedoch bewusst sein, dass im Bauraum eines Druckes eine starke Konvektion herrscht, d.h. das sehr viel Luft bewegt wird, auch ohne einen Air Manager, rein durch thermische Unterschiede und die Modell-Kühlung.

Jeglicher Schmutz im Innenraum kann daher aufgewirbelt werden und das Druckergebnis negativ beinflussen. Daher sollte einmal im Monat der Drucker allgemein gereinigt werden, v.a. der Innenraum. Am besten geschieht dies entweder mit einem statischen Reinigungstuch, einem Mikrofaser-Lappen oder einem leicht angefeuchteten Lappen, je nach Art der Verschmutzung. Auch ein mildes Reinigungsmittel, aufgetragen auf einen Lappen, kann verwendet werden. Keinesfalls sollte Reinigungsmittel im Innenraum versprüht werden, da sich sonst ungewünschte Ablagerungen auf Antriebsteilen oder auch der Glasplatte absetzen können.

Die Glasplatte selbst sollte einfach mit Leitungswasser unter eventueller Zuhilfenahme eines sauberen Schwamms oder Tuchs gereinigt werden. Von der Verwendung von Glasreinigern wird wegen des meistens negativen Einflusses auf die Haftung abgeraten.

Unter dem Druckbett sammeln sich häufig Kunststoffreste an, beim S5 Pro Bundle wegen der Priming-Prozedur viele komplette Kunststofffäden. Am besten werden diese manuell oder mit einem Staubsauger entfernt. Dazu kann das Druckbett von beiden Seiten her langsam manuell bei ausgeschaltetem Drucker angehoben werden. Ebenfalls möglich ist die Verwendung der Menu-Funktion zum Hochfahren des Betts; dann muss allerdings zwingend darauf geachtet werden, dass der Drucker keine neuen Druckjobs ausführen kann (z.B. durch Einschalten des Wartungs-Modus in der Digital Factory).

Die Drucker der S-Line benötigen noch zwei weitere jährliche Wartungsschritte. So sollten die System-Lüfter, welche die Elektronik im Boden des Druckers kühlen, einmal im Jahr mit sauberer Druckluft ausgeblasen werden. Das Ausblasen muss zwingend bei augeschaltetem und ausgestecktem Drucker passieren. Weiter sollten die Scharniere der Fronttür(en) ebenfalls jährlich neu geölt werden.

Ausblasen der System-Lüfter (links) und Ölen eines Türscharniers (rechts).

 

 

Möglicher Wartungsplan

Wie zu Beginn erwähnt, ist ein Wartungsplan eine gute Grundlage für die Sicherstellung der wiederkehrenden Wartung. Die folgende Tabelle versteht sich daher als Vorschlag und kann auf die individuellen Bedürfnisse und Randbedingungen jedes Betreibers angepasst werden.

 

Jeden MonatAlle drei MonateJährlich
Drucker allgemein reinigenPrintcores AA reinigenFeeder-Getrieberäder neu fetten
Achsen ölenAxiallüfter Druckkopf reinigenSystem-Lüfter reinigen
Silikonabdeckung überprüfenFeeder reinigenTürscharniere ölen
Printcores BB reinigenBowden Schläche reinigen
Riemenspannung überprüfen
Z-Achse reinigen und neu fetten
Achsen auf Längsspiel überprüfen