Warum verstopfen Düsen eines 3D Druckers?


Unter all den Leuten die einen 3D Drucker betreiben, gibt es niemanden, bei dem nicht zumindest einmal die Düse des 3D Druckers verstopft war. Jedes Mal aufs Neue ist eine verstopfte Düse sehr ärgerlich und die Reinigung kann manchmal auch durchaus mühsam sein.

Aber warum verstopft eigentlich die Düse eines 3D Druckers? Die häufigsten Gründe für eine verstopfte Düse sind Schmutz und Filamentreste, sowie Partikel von abrasivem Filament. Generell gilt, je kleiner der Durchmesser, desto eher verstopft die Düse. Weitere Ursachen können zu heißes Drucken, ein falsch kalibriertes Druckbett oder technische Probleme sein.

So ärgerlich eine verstopfte Düse auch sein mag, in den meisten Fällen lässt sich das Problem in kurzer Zeit beheben. Manchmal kann es aber doch auch dazu kommen, dass die Düse dadurch dauerhaft unbrauchbar wird.

Warum verstopft die Düse eines 3D Druckers?

Es gibt verschiedene Gründe warum die Düse des 3D Druckers verstopfen kann. Die Gründe sind meistens folgende:

  • Schmutz in der Düse
  • Partikel oder Fasern von abrasiven Filamenten in der Düse
  • ein unpassend gewählter Düsendurchmesser
  • zu heißes Drucken
  • Wechsel von einem heiß zu druckenden Material zu einem kühler zu druckenden Material
  • ein schlecht kalibriertes Druckbett
  • ein schlecht zusammengebauter Druckkopf

Schmutz in der Düse

Auf den äußeren Bahnen der Filamentrolle, kann sich unter anderem durch nicht korrekte Lagerung, Staub und Schmutz sammeln. Wird das Filament vor dem Einziehen in den Druckkopf nicht gereinigt, kann dieser Schmutz dazu führen, dass die Düse verstopft.

Damit das nicht passiert, ist es empfehlenswert, dass das Filament vor der Zufuhr in den Drucker gereinigt wird. Dazu kann z.B. diese Druckvorlage und eine Stück eines haushaltsüblichen Reinigungsschwamms verwendet werden.

Partikel von abrasiven Filamenten in der Düse

Abrasive Filamente sind all jene Filamente, bei denen Partikel oder Fasern in das Material gemischt wurden. Als Beispiel sind hier Glow-in-dark, Woodfill, Comperfill, Stonefill oder der Gleichen zu nennen. Auf der einen Seite können diese abrasiven Filamente dazu führen, dass die Düsen verschleißen. Auf der anderen Seite können sich die darin enthaltenen Fasern und Partikel in der Düse ablagern und dazu führen, dass die Düse verstopft. Vor allem wenn mit feineren Düsendurchmessern wie z.B. 0,3 mm, 0,25 mm oder kleiner gedruckt wird, ist die Chance mit diesen Filamenten die Düse zu verstopfen sehr hoch.

Unpassend gewählter Düsendurchmesser

Je kleiner der Düsendurchmesser, desto eher die Gefahr, dass die Düse verstopft. Wie auch im Punkt davor schon erwähnt, trifft dies vor allem bei abrasiven Filamenten zu. Gerade bei kleineren Durchmessern können die Partikel und Fasern dieser Filamente sehr leicht zum Verstopfen der Düse führen.

Aber das ist nur eine mögliche Ursache. Auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Düse durch Verschmutzung verstopft, ist bei kleineren Düsendurchmesser wesentlich höher.

Zu heißes Drucken

Wenn Filament wesentlich heißer gedruckt wird, als vom Hersteller angegeben, und eine langsame Druckgeschwindigkeit gewählt wird, dann kann das Filament in der Düse mehr oder weniger verbrennen und damit die Düse verstopfen.

Das heißt aber nicht zwangsläufig, dass, wie in diesem Blogeintrag beschrieben, automatisch bei einer höheren Temperatur die Düse verstopft. Diese Aussage bezieht sich vor allem auf Standard Messingdüsen. Wenn du mit einer speziellen Düse, z.B. aus gehärtetem Stahl, druckst, dann benötigst du sogar die höheren Temperaturen, um den richtigen Zustand des Filaments beim Drucken sicherzustellen. Das ist dem jeweiligen Material der Düse geschuldet. Für all diese speziellen Düsen musst du, sofern der Hersteller keine ungefähren Angaben macht, selbst versuchen den optimalen Temperaturbereich zu finden.

Wechsel von einem heiß zu druckenden Material zu einem kühler zu druckenden Material

Wenn Material in einem höheren Temperaturbereich gedruckt wird, z.B. ABS oder PET-G, und danach zu PLA gewechselt wird, welches um gut 20-30°C kühler gedruckt wird, dann kann es sein, dass noch Reste des alten Materials in der Düse sind. Werden diese Reste im Zuge des Filamentwechsels nicht vollständig aus der Düse gedruckt, können diese Reste das neue „kühlere“ Material blockieren und verhindern, dass dieses Material sauber gedruckt werden kann. Mit der Zeit kann dies dazu führen, dass sich immer mehr Material dort aufstaut und dann zu einer verstopften Düse führt.

Schlecht kalibriertes Druckbett

Durch ein schlecht kalibriertes Druckbett, im konkreten Fall wenn sich die Düse zu nahe am Druckbett befindet, kann im Zuge des Druckens nicht ausreichend Material durch die Düse gedruckt werden. Da das Material im Druckkopf trotzdem erhitzt wird, kann das nach einiger Zeit dazu führen, dass sich zu viel geschmolzenes Material im Druckkopf befindet und dieses die Düse verstopft.

Ein schlecht zusammengebauter Druckkopf

Ein schlecht oder falsch zusammengebauter Druckkopf führt nicht unbedingt zu einer verstopften Düse, aber zu einem verstopften Druckkopf. Da das Problem sehr ähnlich ist, möchte ich diesen Punkt hier ebenfalls anführen.

Durch einen schlecht zusammengebauten Druckkopf kann es passieren, dass das Filament an der falschen Stelle im Druckkopf zu warm wird. Das führt dann meist dazu, dass das Filament so weich wird, dass es nicht mehr richtig zur Düse gefördert und extrudiert werden kann. Anfangs äußert sich dieses Problem noch mit einer Unterextrusion und irgendwann verstopft die Düse bzw. der Druckkopf dann komplett.

Bei Druckköpfen, die in ihrem Inneren einen PTFE Schlauch haben, kann es vorkommen, dass dieser PTFE Schlauch nicht bis ganz ins Innere geht. Hier wird das Filament an der falschen Stelle zu warm und kann zum Verstopfen des Druckkopfs führen.

Manchmal ist das Problem darauf zurückzuführen, dass der Abstand zwischen dem Kühlkörper (Heat sink) und dem Heizkörper (Hotend) zu groß ist. So ging es 2020 vielen Leute, unter anderem auch mir, die sich einen Prusa Mini gekauft haben.

Quelle: User Ohmarinus / www.reprap.org

Das Hotend ragte um ein paar Millimeter zu weit aus dem Heat sink heraus und damit war der Abstand zwischen den beiden zu groß. Das Filament wurde nicht ausreichend lang gekühlt und wurde zu damit zu früh zu warm. Anfangs hat der Druck meist noch problemlos funktioniert. Nach einigen Drucken trat jedoch immer häufiger Unterextrusion auf bis schließlich irgendwann gar nichts mehr ging. Da das Problem zu dem Zeitpunkt, zu welchem ich meinen Druck bekam, schon länger bekannt war, gab es glücklicher eine Anleitung wie dieser Fehler behoben werden kann.

Wie kann ich verhindern, dass die Düse des 3D Druckers verstopft?

Gänzlich vermeiden lässt sich das Verstopfen der Düse nicht. Du kannst lediglich mit verschiedenen Maßnahmen versuchen einem Verstopfen vorzubeugen. Das kannst du tun, indem du folgendes beachtest:

  1. Reinige das Filament vor der Zufuhr in den Extruder mit einem Schwamm. Du kannst z.B. folgende Druckvorlage und ein Stück Reinigungsschwamm dazu verwenden, um das Filament vor der Zufuhr in den Extruder durchzuziehen und zu reinigen.
  2. Halte dich bei abrasiven Filamenten an die Angaben des Herstellers. Manchmal geben Hersteller an, dass du das Filament erst mit Düsen ab einem bestimmten Durchmesser verwenden solltest.
  3. Kontrolliere, ob der PTFE Schlauch in deinem Hotend bis ganz in das Innere eingeführt ist. Das gilt natürlich nur, wenn sich im Inneren deines Hotends ein PTFE Schlauch befindet.
  4. Wenn dein Drucker neu und das Hotend fertig assembliert ist, dann lohnt es sich einerseits einen Blick darauf zu werfen und zu kontrollieren, ob alles sitzt, wie es soll. Weiteres kannst du nach bekannten Problemen mit dem Drucken googlen. So wie in meinem Fall mit dem Prusa Mini, kannst du dabei schnell auf Fehlerberichte im Zusammenhang mit dem Druckkopf stoßen und wie du diese behebst.
  5. Beim Wechsel von heiß zu druckendem Filament zu kühler zu druckenden Filament solltest du nach dem Zuführen des neuen Filaments zuerst einiges Filament zu extrudieren. Damit kannst du bis zu einem gewissen Grad sicherstellen, dass das zuvor verwendete Filament aus dem Druckkopf befördert wird.
  6. Was du auch von Zeit zu Zeit machen kannst ist, den Druckkopf präventiv mit Reinigungsfilament zu reinigen.

Kann ich eine verstopfte Düse reinigen?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten eine verstopfte Düse zu reinigen. Durch folgende Möglichkeiten kannst du versuchen die Verstopfung in deiner Düse wieder zu lösen:

  1. Erhitze die Düse ein wenig höher als für das jeweilige Filament üblich. Warte eine oder zwei Minuten. In vielen Fällen, wie z.B. beim Prusa Mini, läuft das Filament nach kurzer Zeit von alleine aus der Düse. Andernfalls versuche mit einem Stück Filament und ein wenig Druck das Filament manuell durchzudrücken. Du kannst hier auf jeden Fall ein wenig nachdrücken, übertreibe es aber nicht, um schlimmere Schäden am Druckkopf zu vermeiden.
  2. Verwende einen sogenannten Cold Pull. Führe dazu Filament in deinen aufgeheizten Druckkopf ein und lassen ihn auf ca. 80-90°C auskühlen. Versuche nun mit ein wenig Kraftaufwand das Filament aus der Drüse bzw. aus dem Druckkopf zu ziehen. Im Idealfall findest du einigen Schmutz im ausgekühlten Filament. Wiederhole diesen Vorgang 2-3 Mal.
  3. Heize den Druckkopf auf und versuche die Verstopfung von außen nach innen mit einer Reinigungsnadel zu lösen. Passe aber auf, dass du dich hier weder an der heißen Düse, noch am heißen Filament verbrennst.
    Alternativ dazu, kannst du natürlich die Düse ausbauen und sie außerhalb des Druckers mit einer Reinigungsnadel reinigen. Du benötigt hierzu jedoch eine geeignete Wärmequelle, wie z.B. einen Heißluftfön.
  4. Versuche die Verstopfung mit Reinigungsfilament zu lösen.

Manchmal kann es aber vorkommen, dass sich die Verstopfung gar nicht lösen lässt. In diesem Fall bleibt dir nichts anderes übrig als die Düse zu ersetzen.

Durch welche Filamente verstopfen Düsen?

Generell kann die Düse durch jedes Filament verstopfen. Schon der Wechsel von ABS oder PETG zu PLA kann im schlechtesten Fall ein Problem werden. Hier können Reste des alten wärmeren Filaments in der Düse bleiben und das neue kühler zu druckende Filament blockieren. Über die Zeit kann dies zu einer verstopften Düse führen. Das passiert zum Glück jedoch nicht ganz so häufig.

Düsen verstopfen tendenziell eher, wenn du abrasive Filamente mit Partikeln und Fasern verwendest. Die Fasern oder Partikel können die feinen Düsenausgänge blockieren und letztendlich zum Verstopfen der Düse führen.

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