Moderne 3D-Drucker, beispielsweise auf Klipper basierende Drucker, können mittels Input-Shaping die Druckergebnisse gravierend verbessern. Auf der anderen Seite sind schnelle 3D Drucker oft laut und erzeugen Vibrationen und Resonanzen aufgrund der schnellen Bewegungen, weshalb oft eine Entkopplung des Druckers vom Untergrund zum Einsatz kommt. Warum genau das problematisch ist und was unternommen werden kann klären wir in diesem Beitrag.
Was ist Input-Shaping?
Kurz gesagt misst Input Shaping die Resonanzfrequenzen des mechanischen Systems – also insbesondere der Bewegungen der Druckerachsen – und passt die Beschleunigungsprofile so an, dass diese Resonanzen gar nicht erst angeregt werden. Das reduziert typische Artefakte wie „Ringing“ und „Ghosting“ deutlich oder kann sie sogar vollständig eliminieren.
Entkopplung fĂĽr leises Drucken
Um die Geräuschübertragung auf Möbel oder den Boden zu minimieren, ist es gängige Praxis, den 3D-Drucker mechanisch zu entkoppeln. Dadurch werden Vibrationen, die beim Drucken entstehen, nicht auf den Tisch oder die Umgebung übertragen – was den Betrieb deutlich leiser macht. Häufig geschieht dies mithilfe weicher Gummifüße oder durch das Platzieren des Druckers auf einer schweren Betonplatte, die ihrerseits wiederum über weiche Dämpfer vom Untergrund isoliert ist.
Die Kombination ist problematisch
Gerade bei diesen beliebten Entkopplungs-Setups kann es jedoch zu unerwünschten Nebeneffekten kommen: Wird die Input-Shaping-Messung direkt auf einem entkoppelten Aufbau durchgeführt – etwa mit weichen Füßen oder einer schwimmend gelagerten Betonplatte – kann es zu erheblichen Fehlmessungen kommen.
Denn: Die Beschleunigungssensoren erfassen die absoluten Bewegungen des gesamten Systems. Gemessen werden sollte jedoch primär das Vibrationsverhalten der Achsen relativ zum Druckerrahmen – also die internen Resonanzen, die durch schnelle Bewegungen von Druckkopf und Druckbett entstehen.
Wenn sich jedoch durch die weiche Entkopplung das gesamte System mitsamt Unterbau bewegt, interpretiert die Messung diese langsamen Bewegungen fälschlich als relevante Resonanzen. Das führt dazu, dass der Input Shaper auf die falschen Frequenzen abgestimmt wird.
Im Ergebnis kann es passieren, dass typische Druckartefakte wie Ringing oder Ghosting nicht wie gewünscht reduziert, sondern im schlimmsten Fall sogar verstärkt werden – durch eine unpassende oder überkompensierende Korrektur.
Wie kann man das verhindern?
Idealerweise steht der 3D-Drucker dauerhaft auf einem festen, stabilen Untergrund. In diesem Fall kann die Input-Shaping-Messung sauber durchgeführt werden, ohne dass externe Bewegungen das Ergebnis verfälschen – der Algorithmus arbeitet dann mit realistischen Resonanzdaten und liefert entsprechend präzise Korrekturen.
Wenn jedoch aus Lärmschutzgründen eine entkoppelte Aufstellung notwendig ist, sollte die Input-Shaping-Messung nicht auf dem entkoppelten Aufbau erfolgen, insbesondere dann nicht, wenn sich dieser durch weiche Dämpfung stark mit bewegt. In solchen Fällen empfiehlt es sich, den Drucker für die Messung kurzzeitig auf festen Untergrund zu stellen, die Input-Shaping-Werte zu ermitteln und ihn anschließend wieder auf die entkoppelte Unterlage zu setzen.
Zwar ist das nicht die perfekte Lösung – denn die zusätzliche Bewegung des gesamten Druckers kann später immer noch geringfügige Effekte verursachen –, doch in der Praxis stellt diese Vorgehensweise einen guten Kompromiss dar, wenn man auf eine Entkopplung angewiesen ist.
Besonders empfehlenswert ist dabei eine Entkopplung mit hoher Masse – etwa durch eine schwere Betonplatte. Eine größere Masse senkt die Eigenresonanz des gesamten Systems, wodurch die Schwingungen in niedrigere Frequenzbereiche verschoben werden. Diese liegen meist unterhalb des Frequenzbereichs, auf den Input Shaping abzielt (typischerweise >30 Hz), und beeinflussen das System daher deutlich weniger störend.
Fazit
Die Kombination aus Input Shaping und einer weichen Entkopplung des Druckers kann problematisch sein, ist bei richtiger Umsetzung jedoch durchaus praktikabel. Die Messung sollte immer ohne Entkopplung und auf einem festen Untergrund durchgefĂĽhrt werden.
Einen Vorschlag fĂĽr eine geeignete Entkopplung zeigt die folgende Skizze:
Der Drucker steht mit seinen Füßen fest auf einer Betonplatte, zum Beispiel einer Gehwegplatte oder der Platte eines Schirmständers. Unter dieser Betonplatte befinden sich weiche Füße, etwa aus TPU (hier rot dargestellt). Diese müssen jedoch ausreichend fest sein, um dem Gesamtgewicht standzuhalten – Drucker und Betonplatte bringen gemeinsam schnell über 30 kg auf die Waage. Darunter befindet sich schließlich der Tisch oder das Regal, auf dem der Drucker platziert wird.