Schneller in Farbe drucken mit der Prusa MMU

3D Wissen

Vor- und Nachteile der Prusa MMU

Die Multi-Material-Druckeinheit MMU (Multi Material Unit) des bekannten Tschechischen 3D-Drucker-Pioniers Prusa hat ihre Vor- und Nachteile. Der große Vorteil ist, dass -insbesondere mit der MMU2, die nun kein Bowden-System mehr ist wie die erste Variante- sich der Drucker ohne MMU exakt genauso verhält und in derselben Qualität und Geschwindigkeit druckt wie in der normalen einfarbigen Variante. Ein weiterer Vorteil ist, dass die MMU nicht nur unterschiedliche Farben unterstützt, sondern auch den Druck mit mehreren verschiedenen Materialien, z.B. PLA und PVA/BVOH als Stützmaterial oder ABS/ASA und HIPS als Stützmaterial, oder auch PLA und TPE, beispielsweise um eine Smartphone-Hülle mit flexiblen und harten Teilen zu drucken.

Andere Mehrfarb-Lösungen, die die unterschiedilchen flüssigen Filamente in der Spitze zusammenführen wie etwa 3D-Drucker mit E3D Cyclops oder Diamond Hotend, unterstützen offiziell keine unterschiedlichen Materialien (obwohl einige Anwender dies schon erfolgreich bewerkstelligt haben). Diese Lösungen produzieren allerdings auch weniger Abfall und können Farben quasi instantan wechseln (und sogar mischen), was Prusas MMU wiederum nicht kann. Denn der massive zusätzliche Material- und Zeitverbrauch der Prusa-Lösung ist deren größter Pferdefuß. Allein der MMU-Wechsel von einem Filament zum anderen mit Retraktion des alten Filaments und Wiedereinführung des neuen dauert rund 45 Sekunden. Dazu kommt das Drucken des Prime-Towers (auch Purge Block oder Opferturm genannt) zum Säubern des Hotends, so dass jeder Wechsel etwa eine Minute in Anspruch nimmt.

Dies muss (grob gerechnet, ohne Optimerungen durch den Prusa Slicer) multipliziert werden mit der Anzahl an Farben minus 1 (minus 1 da die letzte Farbe einer Schicht immer die erste der nächsten ist, d.h. ein Farbwechsel pro Schicht fällt weg) und der Anzahl an Schichten. Ein 10cm hohes Modell mit 0.2mm Schichten hat z.B. 500 Schichten, in 5 Farben über die ganze Höhe muss man das mal 4 nehmen (Farben-1), mal 1 Minute. Das Resultat sind satte 2000 Minuten oder 33,3 Stunden, die nur für Farbwechsel zusätzlich zur normalen Druckzeit obendrauf kommen.

Das Ziel, um die Druckzeit in einem erträglichen Rahmen zu halten ist also, die Zahl der Filamentwechsel so weit wie möglich zu reduzieren. Hierfür gibt es verschiedene Ansätze und Tricks, die wir im folgenden vorstellen wollen.

Modell gesliced ohne und mit variabler Schichtdicke - keine Treppchen mehr!

1. Schichten so dick wie möglich machen

0.3mm dicke Schichten sehen oft sehr hässlich aus, doch gerade beim Farbdruck ist dem Anwender meist schönes Aussehen wichtig. Prusa gibt uns hier jedoch eine schon etwas ältere "Geheimwaffe" an die Hand, die wir beim MMU-Druck unbedingt nutzen sollten: Die variable Schichtdicke!

Wir legen zuerst die Ausgangs-Schichtdicke auf dicke 0.3mm fest. Achtung: Die 0.3mm "Draft"-Einstellung des Slicers nutzt sehr breite Extrusionen (0.6 und 0.5mm) für die Außenschichten, die Details nicht gut abbilden können und zu unerwünschten Rundungen an den Kanten (auch z.B. bei Farbwechseln im Objekt!) führt! Nutzen sie lieber ein "schönes" Druckprofil und stellen Sie dort die Schichtdicke auf 0.3mm ein. Danach drehen wir das Objekt hin und her und erhöhen die Schichtdicke an all den Stellen der Ober- und Unterseite, an denen wir die Schichten-Textur deutlich sehen, die der Prusa-Slicer nun aufs Objekt projeziert. Zumeist sind das die Stellen, an denen vertikale Details (z.B. Rundungen) oder flache schräge Flächen sind. Es gilt: Je flacher der Winkel, umso höher schrauben wir die Schichtdicke, d.h. umso grüner muss es werden. Achten Sie darauf, dass die Schichtdicken-Kurve nicht zu abrupt zwischen dick und dünn wechselt, sonst werden diese Wechsel später im Druck optisch sichtbar sein. Jede hochaufgelöste Region sollte "weich" zurück zur vollen 0.3mm Schichtdicke auslaufen.

Achtung: Was der Slicer im 3D-Vorschaumodus nicht anzeigt und was erst nach dem Slicen sichtbar wird, sind zu niedrig aufgelöste Farbübergänge (da auch mehrfarbige Objekte im Vorschaumodus nur einfarbig dargestellt werden!). Prüfen Sie also das geslicete Objekt in der Vorschau und passen sie gegebenenfalls die Schichtdicken-Kurve nochmal an!

Wichtig: Machen sie ihre Schichtdicken-Kurve erst ganz am Ende, nachdem sie alle Objekte geladen, positioniert und alle anderen Druckparameter eingestellt haben, denn der Prusa Slicer löscht die mühsam eingestellte Schichtdicken-Kurve gerne mal ohne Vorwarnung, z.B. wenn man die Basis-Schichtdicke verstellt, das Objekt skaliert oder ein neues Objekt dazulädt.

Ein weiterer Aspekt, den man im Hinterkopf behalten sollte ist, dass dünne Schichten nicht nur mehr Farbwechsel und dadurch mehr Druckzeit bedeuten, sondern dass der Primetower dadurch auch allgemein größer wird und der Prusa pro Farbwechsel entsprechend länger druckt. Denn bei einer 0.15mm-Schicht muss er z.B. doppelt soviel Weg zurücklegen und braucht doppelt so lange wie bei einer 0.3mm-Schicht, um die 70 Kubikmillimeter Filament pro Farbwechsel (Standardwert) zu extrudieren. Man sollte dünne Schichten also nur da einsetzen, wo man sie auch wirklich im Druck sieht.

Modell in fixen 0.3mm Schichten von oben und unten - Die Problemzonen sind markiert

Modell mit variabler Schichtdicke von oben und unten - Die Problemzonen wurden hoch aufgelöst

2. Druckorientierung: Horizontal gewinnt, Z-Höhe verliert

Z-Höhe ist das, was viele Farbwechsel bedeutet und somit viel zusätzliche Druckzeit und Filamentabfall. Wenn es möglich ist, drehen Sie also ihr Druckobjekt, um es so flach wie möglich zu drucken. Auch wenn dies bedeutet, dass es eventuell nicht die optimale Orientierung ist oder dass zusätzliche Stützstrukturen nötig sind. Die Entscheidung hängt vom jeweiligen Druckobjekt, der Farbverteilung im Objekt und seiner "Schokoladenseite" ab.

Hier wird ordentlich Zeit und Filament gespart durch einfaches Drehen und Aktivieren der Supports

3. Nicht mehrere unterschiedliche Objekte oder dasselbe Objekt mit unterschiedlichen Farben drucken

Da der zusätzliche Zeitverbrauch und Filamentabfall (vermeintlich) gleich bleibt, egal wie voll das Druckbett ist, drucken die Anwender eines Farbdruckers gerne mehrere Objekte gleichzeitig. Der Prusa-Slicer ist allerdings schlau, und wechselt auf eine Farbe nur dann, wenn diese auch in der jeweiligen Schicht verwendet wird. Dies sollten wir uns zur Reduzierung der Farbwechsel unbedingt zunutze machen. Wenn man also nicht eines der wenigen Objekte druckt, die alle enthaltenen Farben über die komplette Objekthöhe beinhalten, reduziert der Prusa Slicer die Anzahl der Farbwechsel deutlich - und diese bleibt exakt gleich, wenn man dasselbe Objekt in derselben Farbkombination (und Skalierung!) einfach mehrmals druckt. Der zusätzliche Zeitaufwand durch eine weitere Kopie ist dann nur die reine Objekt-Druckzeit, und mehr Filament-Abfall gibt es dadurch ebenfalls nicht. D.h. mit jeder zusätzlichen Kopie werden die "Mehrkosten" an Filament und Zeit unter dem Strich weniger, weil sie sich auf mehrere Objekte verteilen. Um den Filament-Abfall noch weiter zu reduzieren, kann man zusätzlich noch die Option "wipe to infill" aktivieren, die umso mehr Primetower-Filamentabfall einspart, umso voller das Druckbett bestückt ist. Achten Sie allerdings darauf, dass die Außenhülle des Objekts dick genug ist, damit das verwendete Filament so undurchsichtig ist, dass man den Infill nicht durch die Wand sieht. 3 Außenschichten sind mit "wipe to infill" für die meisten Filamente sinnvoll, bei durchsichtigeren eventuell sogar 4.

Ein weiterer Grund, warum man nicht unterschiedliche Objekte gleichzeitig drucken sollte ist, dass es nahezu unmöglich ist, hierfür eine funktionierende Kurve für die variable Schichtdicke hinzubekommen. Bei neueren Versionen von Prusaslicer ist dies allerdings kein Problem mehr, da jedes Objekt seine eigene Schichtdicken-Kurve hat - der Primetower wird so allerdings fast garantiert ein solider zu 100% gefüllter Block Plastik.

Prusa MMU Farbwechsel-Optimierung in der Praxis

4. Farben reduzieren

Die Anzahl der Farbwechsel lässt sich nicht nur durch Slicer-Optimierung und der Reduzierung der Schichtenanzahl bewerkstelligen, sondern auch durch den zweiten Faktor der obigen Farbwechel-Zeitberechnung: Die Anzahl der Farben. Eventuell muss das Objekt ja nicht in allen möglichen 5 Farben farbig gedruckt werden, vielleicht reichen ja auch nur 3 oder 4 aus. Vergessen Sie dabei allerdings nicht, dass der Slicer die Farbwechsel optimiert, d.h. wenn eine Farbe lediglich in ein paar Schichten zum Einsatz kommt, hält sich der zusätzliche Zeitaufwand dadurch in Grenzen. Nur der "hohle" Teil des Primetowers wird dann größer, aber am gesamten Zeitaufwand ändert das "Einfärben" einer kaum genutzten Farbe in eine viel genutzte recht wenig.

Bedenken Sie auch die oben erwähnte "Rücken an Rücken"-Farbwechsel-Strategie des Slicers ("minus 1"), bei der dieser sich immer einen Farbwechsel spart, indem er die neue Schicht mit derselben Farbe beginnt, die die letzte der Schicht darunter war. D.h. Objekte, die jeweils nur maximal zwei Farben in einer Schicht einsetzen (z.B. dieser Pikachu) drucken auf der MMU richtig schnell, da von jeder Farbe immer gleich zwei Schichten auf einmal gedruckt werden.

5. "Leerschichten" auslassen

Seit Version 2.2 integriert der Prusaslicer ein äußerst praktisches Feature namens "no sparse Layers (experimental)" (sehr holprig eingedeutscht als "Keine spärlichen Schichten (EXPERIMENTELL)" bei den Druckeinstellungen unter "mehrere Extruder". Wird der Haken gesetzt, dann druckt Prusaslicer in den Schichten, in denen kein Farbwechsel nötig ist, den Primetower nicht weiter und fährt wenn der nächste Farbwechsel ansteht den Kopf entsprechend herunter auf den Primetower, der nun nur noch einen Bruchteil so hoch ist wie das Druckobjekt - und nach dem Farbwechsel wieder hoch. Dabei sind Sie in Sachen Kopf-Kollision jedoch ganz auf sich gestellt (deshalb das "experimentell"!), d.h. wenn Sie den Primetower zu nah am Objekt platzieren, kann der Kopf beim herunterfahren ins Objekt fahren, was im "besten" Fall nur den Druck ruiniert - im schlimmsten Fall aber auch sogar etwas am Drucker kaputt macht (Kabel, abstehende Teile, Lüfterdüsen, ABL-Sensoren usw). Platzieren Sie den Primetower also möglichst weit vom Druckobjekt entfernt, hinten rechts im Eck mit dem Druckobjekt vorne links ist für den Prusa i3 MK3 und die meisten seiner "Bettschubser"-Brüder mit ähnlichem Aufbau am idealsten. Um sicher zu gehen, dass es später keine Kollisionen gibt, empfiehlt es sich, die ersten Schichten, in denen der Kopf noch nicht heruntergefahren wird, genau zu beobachten, ob dieser beim Druck des Opferturms dem Druckobjekt gefährlich nahe kommt.

Wenn "No Sparse Layers" gut eingesetzt wird, kann es ordentlich Zeit und Filament sparen, da der Druck des "leeren" Teils, der nur sicherstellen soll, dass der Opferturm immer in Druckhöhe zur Filament-Ablage zur Verfügung steht, dann komplett wegfällt. Prüfen Sie Druckzeit, Filamentverbrauch und Opferturm-Größe mit und ohne "No Sparse Layers" um zu sehen, ob sich der Aufwand überhaupt lohnt. Bei Objekten, die vertikal keinerlei vollständig einfarbige Schichten haben, bringt das Feature z.B. rein gar nichts.

Fazit

Farbdruck mit der Prusa MMU ist eine zeitaufwendige Geschichte. Zusätzlich besteht immer die Möglichkeit, dass der Farbwechsel schiefgeht. Um den Zeitaufwand zu reduzieren und die Wahrscheinlichkeit eines missglückten Filamentwechsels zu verringern, gehören die oben erwähnten Tricks und Strategien zum Pflichtprogramm.

Verwendete Modelle:
Cute Unicorn von DesignFlaw06
4-Color Low Poly Pikachu von sullichr
Ship from NMS (multi-material remix) von cipis