Stringing in Cura bekämpfen

Stringing und Oozing – hässliche Fäden im Druckergebnis bekämpfen mit Cura.

Die wichtigsten Einstellungen gegen Stringing sind: Temperatur, Einzugs-Länge und die Bewegungsgeschwindigkeit der Leerfahrt. Die Einzugs-Geschwindigkeit wird meist überschätzt – und viel zu hoch angegeben. (Siehe dazu auch den Beitrag: Und er limitiert doch! Retract Speeds getestet ). Als weitere Voraussetzung muss der Extruder korrekt kalibriert sein für das verwendete Material und die Drucktemperatur:

Ein chronisch überextrudierender Drucker, viel zu heiss gedruckt, wird immer mehr zu Pickeln und mehr Stringing neigen, als ein korrekt eingestellter Drucker für dieses Material.

Materialabhängige Einstellungen

Drucktemperatur, Einzugslänge und Einzugsgeschwindigkeit sind in Cura als Materialabhängige Einstellungen vorgesehen, diese werden also per Filament Typ konfiguriert. Dazu erstellt man sich in der Materialverwaltung erst mal eine Kopie eines „Generischen Materials“ dieses Typs und passt dann die entsprechenden Einstellungen für das neue, eigene Materialprofil an.

In einem korrekt definierten Druckerprofil in Cura werden diese Einstellungen dann automatisch übernommen. Leider sind nicht alle Druckerprofile in Cura korrekt definiert, da gibts mal gar keine Materialauswahl oder die Standardeinstellungen sind auf fixe Werte eingestellt, was die Übernahme der Materialdefinition verhindert. Ultimaker überprüft die Profile nicht für Nicht-Ultimaker Drucker, die in Cura übernommen werden. Ultimaker prüft nur ihre eigenen Profile. Auch hat man sich schnell mal durch eine unbedachte Änderung die Übernahme der Materialeigenschaften überschrieben.

Die Drucktemperatur

ist maßgeblich für das Stringing verantwortlich. Je heißer gedruckt wird, umso flüssiger wird das extrudierte Material und umso mehr fließt es aus der Düse. Bei Problemen mit Stringing sollte also möglichst kühl gedruckt werden. Aber die Sache hat einen Haken: viele Materialien neigen nicht nur zum Stringing, wenn zu heiss gedruckt wird, nein, das Stringing (meist in Form von „Engelshaar“ = dünnste Fäden) nimmt bei zu kaltem Druck dann zunehmend wieder zu. Schön zu sehen mit Peters Stringing Temp Tower:

Die Einzugslänge

ist die nächste kritische Einstellung. Auch hier wird gerne viel zu viel genutzt. Als Hausnummer gilt: bei einem Direkt-Extruder (also der Feeder sitzt direkt über dem Hotend) reichen meist schon Einzugslängen um 0,5mm bis 2mm aus.  Bei den heute allgegenwärtigen Bowden Extrudern (Zwischen Feeder und HotEnd befindet sich ein langer Bowden Schlauch) werden meist Einzugslängen ab 3mm bis selten mal 8mm benötigt. Fangt niedrig an und testet die passende Einzugslänge für Euer Material und Wunschtemperatur mit einer Testserie von Drucken eines geeigneten Testobjektes.

Der so beliebte 9 Pyramiden Test aus dem Make Magazin ist dazu eher weniger geeignet, weil mit zunehmender Höhe dann immer mehr die Kühlleistung des Bauteillüfters und gar nicht mehr das Stringingverhalten getestet wird. Das gibt zwar spektakuläre „Fehlerbilder“, hat aber mit der Justierung der Stringing-Parameter nimmer viel zu tun.

Eine zu hohe Einzugslänge kann sich sehr schädlich auf das Druckbild auswirken, „Pockennarben“ sind das eine, aber es gibt auch noch das Problem des Hitzetransfers in Bereiche des HotEnds, die besser kalt bleiben würden. Durch den Retract verschiebt sich der heiße Bereich zunehmend nach oben, dies kann nach einigen Stunden Druckzeit dann durchaus zu einer schleichenden Verstopfung führen, weil gerade PLA zu früh oberhalb der eigentlich gedachten Schmelzzone sich zu erweichen beginnt – oder weil der Bereich sich wieder abkühlt und dann Anhaftungen dort hängen bleiben und sich ansammeln könnten.

55°C ist die übliche Glasübergangstemperatur für PLA (ab dann wirds weich) und die sind schnell erreicht, gerade auch in den üblichen billig China HotEnds mit zusätzlichen Wärmebrücken ala Spaxschrauben ins „Kalte Ende“ (ja, ich widerspreche CHEP immer noch vehement).

Für direkt betriebene E3D V6 z.b. gab E3D lange Zeit die Warnung aus, nicht über 1 mm Einzugslänge.

Wie im Abschnitt „Materialabhängige Einstellungen“ bereits gesagt, steuert man die Einzugslänge am Besten über das Materialprofil. Man kann es auch in den Drucksettings rechts direkt übertippen, aber verliert dann meist die automatische Übernahme wenn man die Änderungen speichert.

Die Bewegungsgeschwindigkeit & schnelle Wege

egal wie weit oder wie schnell wir den Einzug gestalten, da kein Unterdruck erzeugt werden kann, verbleibt immer geschmolzenes Material in der Düse. Dieses Material wird je nach seiner „Fließfähigkeit“ (temperaturabhängig) gerade bei langen Leerfahrten aus der Düse tropfen. (Darum ist ein Stringingtest, der nur auf kurzen Abständen prüft auch wenig nützlich. Es sollte schon auch eine realistische Länge einer Leerfahrt mit im Test sein.)

Stringing entsteht immer entlang der Leerfahrten. Irgendwie logisch. Wenn man also Stringing bekämpfen will, sollte man auch seine Leerfahrten optimieren. Die Leerfahrten zeigen alle Slicer in der Druckvorschau an – auch Cura.

Man tut gut daran, die Leerfahrten möglichst kurz zu halten, z.b. durch kluge Anordnung der Objekte auf dem Druckbett mit kurzen Wegen. Man täte generell immer gut daran, überhaupt alle Wege möglichst kurz halten.

Wege kurz halten kann ich auch, in dem ich gedruckte Teile oder Stützstrukturen nicht umfahre, oder zumindest den Umgehungsabstand eng halte. Erkaufe mir dabei aber die Problematik: wenn es trotzdem suppt, dann suppt es über die Teile, wo ich es am wenigsten brauchen kann.

Oder mit einer klugen Positionierung des Layerwechselpunktes (Schichtstart XY letztes Bild) in Verbindung mit der Positionierung der Z-Naht:

Und ja, Schichtstart und Z-Naht sind in Cura getrennt einzustellen.

Aber vor allem verringe ich das Stringing während Leerfahrten mit einer möglichst hohen Bewegungsgeschwindigkeit. Je schneller ich am Endpunkt der Leerfahrt bin, je kürzer die Leerfahrt, umso weniger Zeit hat das Material aus der Düse zu suppen. Dazu kommt, dass der Filamentfaden abreißen muss, damit es eben keine „Fädchen“ zieht und was abreißen tut man in der Regel mit einer möglichst schnellen Bewegung.

Leider sind der Einstellung auch wieder Grenzen gesetzt: Im typischen i3 Design mit bewegten Bett in Y-Richtung haben wir ein Problem, dass große, schwere (Glas-)Betten sich für schnelle Bewegungen nicht eignen. D.h. hohe Bewegungsgeschwindigkeiten sind in „Bettrichtigung“ (Y meistens) einfach nicht machbar. Vibrationen bis zu Layershifts sind vorprogrammiert.

Dasselbe gilt für schwere (Direkt-/Dual) Extruder Konstruktionen, die ein riesen Gewicht mit sich herumschleppen, dort ist dann meist die X-Achse schnell mal am Limit.

Hier spielen leichte Bowden Extruder und Betten, die nur in Z-Richtung bewegt werden (CoreXY, „Ultimaker Design“) ihre volle Stärke aus, die können problemlos mit über 200 mm/s bewegt werden, während bei einem Chiron in Y-Richtung meist schon unter 100 mm/s Schluss ist, ein Ender3 mit Glasbett in Y-Richtung um die 120 mm/s. Mein Makerbot DualDirekt-Clone ist bei 80 mm/s in X am Ende.

Die Einzugsgeschwindigkeit

Ich hatte ja Eingangs schon auf den Artikel mit der Limitierung der Einzugsgeschwindigkeit verlinkt. Es macht wenig Sinn, mit Geschwindigkeiten (unter Marlin) zu testen, welche über diesem Limit liegen. Ich würde raten, im ersten Schritt das Limit der Einzugsgeschwindigkeit wie in diesem Artikel beschrieben auszulesen und diesen Wert in Cura zu übernehmen. Danach konzentrieren wir uns auf die anderen zuerst genannten Punkte.

Grundsätzlich ist eine zu hohe Rückzugs und Vorschubgeschwindigkeit kontraproduktiv und bewirkt das exakte Gegenteil. Ein interessanter Ansatz ist es, für den Einzug und den darauf folgenden Vorschub auch mal unterschiedliche Geschwindigkeiten anzutesten. Näheres dazu im englischen Artikel auf SublimeLayers.com

Das Gehampel mit dem Combing in Cura

Wir können unsere Retract Einstellungen noch so perfekt machen, wenn Cura dann einfach keinen Einzug macht, hilft das alles nicht. Warum Cura das tun sollte? Nun, dafür ist die Combingfunktion verantwortlich.

Wenn „gekämmt“ wird (engl. Combing = Kämmen) macht Cura keinen Retract. Punkt aus. Bei Cura ist man der Meinung, dass man unter bestimmten Umständen auf den Einzug verzichten kann, wenn man keine „Außenhaut“ quert, weil man es dann eh nicht sieht.

Der Gedanke ist, damit Material zu schonen, indem wir die Einzüge zahlenmäßig möglichst gering halten (immer wieder über denselben Filamentabschnitt zu rutschen bei ständigen Retracts ist problematisch, der Feeder kann das Filament übel zurichten, gerade bei den von Ultimaker Druckern benötigten langen Einzugslängen).

In der Konsequenz steht in den meisten Druckerprofilen der Combing Modus auf „Alle“, d.h. es wird stets versucht, ohne Retract auszukommen. Das klappt auch oft genug, aber gerade bei der ersten Schicht oder bei horizontalen Decken oder Ebenen (= das was Ultimaker die Außenhaut nennt) klappt es meistens nicht. Da braucht es den Einzug und Combing ist zumindest da fehl am Platz. Mein erster Griff ist es daher, den Combing Modus auf „Nicht in der Außenhaut“ zu stellen und zusätzlich eine Max Kammentfernung größer 0 einzutragen.

Die Kammentfernung macht folgendes: Wird ein Einzug wegen des Combings verhindert, der Weg dabei aber länger als die Max Kammentfernung, dann wird trotz aktivem Combing ein Einzug gemacht.

Und nun sei mir ein kleiner Rant erlaubt: Aber das ist wieder so ein typisches Beispiel, wie man bei Cura ständig den unverständlichsten, kompliziersten Ansatz in Kombi mit einer Scheiss-Übersetzung aufgetischt bekommt. So, Rant fertig, jetzt gehts mir besser.. Sorry.

Eine Max Kammentfernung von 0 stellt diese Funktion ab, d.h. es greift die Combingeinstellung, egal wie weit die Strecke ist. Leider ist 0 in der Regel der Default.

Mindestbewegung & Maximale Anzahl Einzüge

Combing ist nicht die einzige Einstellung,welche einen Einzug verhindern könnte, es gibt auch noch diese Einstellungen:

Die Mindestbewegung für Einzug legt fest, dass nur dann ein Einzug erfolgt, wenn danach mindestens die dort angegebene Strecke als Leerfahrt eingetragen ist. Hier im Screenshot sind 0,8mm. Ist die anschließende Leerfahrt kürzer, wird kein Einzug gemacht.

Maximale Einzüge im Fenster Minimaler Extrusionsabstand: diese 2 Einstellungen gehören zusammen. Die Idee ist hier folgendes: zigmal über die selbe Stelle des Filament Stranges hin und her zu rutschen kann das Filament so weit deformieren / beschädigen, dass es nicht mehr sauber gedruckt werden kann. Um das zu verhindern sagen wir Cura, dass hier im Beispiel maximal 90 Einzüge auf einer Strecke von 4,00mm Filament erfolgen dürfen. Auch das ist eine Einstellung, bei der ich eher weniger gut „verstehe“, welche Werte da nun sinnvoll sind. Cura sagt als „Fenster“ solle man sich an der Einzugslänge orientieren, woher die Maximale Anzahl abgeleitet wird, ist mir auch nicht bekannt, ich belasse es daher in der Regel auf den Standardwerten, es sei denn, ich bekomme im Druck dann mal Probleme, mit Retracts in zu schneller Folge.

Coasting

In Simplify3D gibts die Einstellung schon lange, in Cura 3.6 wird das ganze noch unter Experimentell geführt und ist wesentlich „unverständlicher“ zu konfigurieren:

Damit die Retraction sauber ausgeführt werden kann, braucht der Feeder präzise Kontrolle über das Filament. Wenn der Feeder Stop sagt, dann darf auch nix mehr aus der Düse kommen, sonst suppt uns das zu Beginn der Leerfahrt. Gerade bei Bowdensystemen ist es mit der Präzision nicht ganz so weit her. Direkte Folge davon – und damit das, wo Coasting helfen kann – sind Bollen und Pickel am Ende der Schicht, kurz vor oder zu Beginn der Leerfahrt, die wiederum ein Stringing begünstigen.

Mit Coasting (Deutsch etwa „ausrollen lassen“ – man denke an ein Auto das noch weiter rollt, auch wenn man kein Gas mehr gibt) können wir den Filamentvorschub vor Ende der Schicht vorzeitig stoppen lassen. Das nun aufgrund der Schwerkraft, Trägheit oder nicht abgebauter Druck im Bowden noch nachlaufende Filament soll diese absichtliche gerissene Lücke dann schließen, so dass, sobald die Leerfahrt beginnt, dann nix mehr da ist, was noch nachlaufen könnte.

Cura typisch wird hier wieder mit einem Material-Volumen gearbeitet – in S3D tuts hier die Angabe einer „Ausroll-Strecke“ in mm. In Cura müssen wir das anhand des Durchsatz (Düsengröße * Geschwindigkeit?) irgendwie selber ausrechnen, was da passen könnte. Als Default scheint Düsengröße hoch 3 gerne genutzt zu werden, aber ohne Gewähr.

Ist das Coasting zu hoch gewählt, wird Euer Druckstück am Layerende dann die hier grün gelb dargestellten Löcher aufweisen, weil der Materialfluss zu früh gestoppt wurde.

Wipe:

Wipe ist Abstreifen der Düse am Ende einer Schicht, noch vor der Leerfahrt. Das dient zum einen, um überschüssiges Material noch vor der Leerfahrt noch irgendwie los zu werden, aber hauptsächlich dazu, um einen fließenden Übergang zur zuvor gedruckten Linie zu schaffen. Also Dellen an den Layerwechselpunkten zu vermeiden. Wipe kann auch gegen Stringing helfen, weil eben Restmaterial vor der Leerfahrt noch abgestreift wird.

Z-Sprung gehört aus!

Ein korrekt kalibrierter „normaler“ Drucker braucht kein Z-Hop (bei den Deltas kanns etwas anders aussehen). Z-Hop ist bekannt dafür, dass es Pickel an den Einzugspunkten macht und das Stringing verstärkt. Z-Hop ist eine Krücke, lieber beseitigt man das eigentliche Problem, warum die Düse am Druckstück schleift (meist Curling oder Über-Extrusion) als das Z-Hop einzuschalten.

Weitere Anmerkungen:

 

• Düsenbeschaffenheit: eine beschädigt, schlecht gebohrte, ausgefressene Düse, mit Glow in the Dark oder Carbon / Eisen Partikeln malträtiert, mit Riss oder Schäden, weil man wieder mal ne Bettklammer mitgenommen hat, wird auch mehr zum Fäden ziehen neigen, also eine ordentlich gefertigte, intakte Düse.
• Eine total verbackene, verdreckte Düse wird eher Fäden ziehen, als eine schön polierte Oberfläche der Düse. Haltet die Düsen sauber.
• Auch die Länge der Schmelzzone spielt eine Rolle: das bei Schnelldruckern oder für große Düsen sehr empfehlenswerte Volcano oder SuperVolcano HotEnd wird allein schon wegen des größeren „Vorrats an geschmolzenem Material mehr zum Suppen neigen, als das kleine, präzisere e3d V6.
• Ein Bowdenschlauch mit kleinerem Innendurchmesser kann die Präzision von Retracts in einem Bowdendrucker verbessern. Der Schlauch muss kein blauer Wunderschlauch für ganz viel Geld pro Meter sein, das tuts auch ein oller normaler Schlauch mit Innendurchmesser ID=1,9mm (statt normal ID=2,00mm) für 1,75mm Filament.