CHX 350 — Prozesstechnik

Automatische Filamentkalibrierung

Stand: April 2026 · Lesezeit: ca. 6 Minuten

Das Problem: Manuelle Kalibrierung ist unzureichend

Die Kalibrierung der Extrusionsparameter gehört zu den zeitaufwändigsten und fehleranfälligsten Schritten in der FDM-Fertigung. Wer ein neues Filament einrichtet, kennt den Ablauf: Referenzlänge markieren, extrudieren, nachmessen, E-Steps berechnen, Firmware aktualisieren, wiederholen. Das dauert je nach Erfahrung 15 bis 30 Minuten pro Material.

Das eigentliche Problem liegt tiefer. Die konventionelle E-Steps-Kalibrierung ist eine Einpunktmessung. Sie ermittelt einen Korrekturfaktor bei einer einzigen Extrusionsgeschwindigkeit — typischerweise im niedrigen Bereich. Im realen Druckbetrieb variiert die Geschwindigkeit jedoch stark: Außenwände werden langsam gedruckt, Füllung schnell. Und genau hier versagt das Modell.

Nichtlineare Extrusion: Ein systematischer Fehler

Extrusion ist kein linearer Prozess. Bei steigendem Volumenstrom sinkt die tatsächliche Förderung des Extruders im Verhältnis zur angeforderten Menge. Der Grund: Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt der Druckabfall in der Düse, die Schmelze wird komprimierbarer, und der Extruder verliert effektive Förderkraft. Bei typischen Druckgeschwindigkeiten liegt die Abweichung zwischen 10 und 20 Prozent — genug, um sichtbare Druckfehler zu verursachen.

Dieser Effekt ist materialabhängig. PA6 CF verhält sich anders als PETG, das sich wiederum anders verhält als PLA. Eine statische Korrektur greift zu kurz. Was benötigt wird, ist eine geschwindigkeitsabhängige Kompensation — und genau das liefert die M592-Kalibrierung der RepRapFirmware.

Die Lösung: Filament-Monitor als eingebautes Messinstrument

Der CHX 350 verwendet einen Duet3D Filament-Monitor (Drehmagnet-Prinzip). Im Gegensatz zu einfachen Filamentendschaltern misst dieses Instrument die tatsächliche Filamentbewegung mit einer Auflösung von 24,7 Mikrometern. Damit ist der Monitor präzise genug, um als Referenzmesssystem für die Kalibrierung zu dienen — ohne externes Werkzeug, ohne Bedienereingriff.

Automatische E-Steps-Kalibrierung

Der erste Kalibrierungsschritt erfolgt über ein Firmware-Makro. Der Ablauf ist einfach:

1. Das Makro extrudiert eine definierte Referenzlänge (100 mm) bei niedriger Geschwindigkeit.
2. Der Filament-Monitor erfasst die tatsächlich geförderte Strecke.
3. Aus der Differenz berechnet die Firmware den korrigierten E-Steps-Wert.
4. Der neue Wert wird automatisch in die Konfiguration geschrieben.

Dieser Vorgang dauert unter 30 Sekunden und ersetzt die manuelle Messung vollständig. Die Genauigkeit liegt typischerweise bei unter 0,5 Prozent Abweichung — deutlich besser als jede Handmessung mit Messschieber.

Automatische M592-Kalibrierung: Nichtlineare Kompensation

Der zweite Schritt adressiert die geschwindigkeitsabhängige Abweichung. Dafür führt das Makro eine Messreihe durch:

1. Extrusion bei mehreren Geschwindigkeitsstufen (z. B. 1, 3, 5, 8, 12 mm³/s Volumenstrom).
2. An jedem Messpunkt erfasst der Monitor die tatsächliche Förderung.
3. Aus den Messpunkten wird mittels polynomialer Regression ein Kompensationsfaktor berechnet.
4. Der resultierende M592-Befehl wird in die Firmware-Konfiguration übernommen.

Das Ergebnis ist eine vollständige Beschreibung des Extrusionsverhaltens über den gesamten Geschwindigkeitsbereich. Die RepRapFirmware nutzt diesen Kompensationsfaktor in Echtzeit, um die Motorschritte an den jeweiligen Volumenstrom anzupassen.

Ergebnisse in der Praxis

Nach der automatischen Kalibrierung liegt die Extrusionsgenauigkeit über den gesamten Geschwindigkeitsbereich bei besser als ±2 Prozent. Ohne M592-Kompensation beträgt die Abweichung bei hohen Volumenströmen typisch 10 bis 20 Prozent — ein Unterschied, der im Druckbild unmittelbar sichtbar ist.

Praxisbeispiel: V-Profil mit 900 mm Länge

Ein konkreter Fall aus der Fertigung: Ein V-Profil mit 900 mm Länge zeigte nach dem Abkühlen einen messbaren Schrumpfverzug. Die Ursache war Überextrusion bei der Füllstruktur, die mit hoher Geschwindigkeit gedruckt wurde. Die Reduzierung des effektiven Volumenstroms um 3 mm³/s durch die M592-Kalibrierung eliminierte den Bauteilschrumpf vollständig. Die manuelle Suche nach dem richtigen Wert hätte mehrere Testdrucke erfordert — die automatische Kalibrierung lieferte das Ergebnis in einem Durchgang.

Einordnung: Von der Kalibrierung zur Regelung

Die hier beschriebene Kalibrierung ist eine Vorab-Methode: Sie wird vor dem Druck durchgeführt und liefert statische Kompensationsparameter. Das ist ein wesentlicher Fortschritt gegenüber der manuellen Kalibrierung, aber kein geschlossener Regelkreis.

Der nächste Entwicklungsschritt wäre eine Echtzeit-Materialflussregelung, bei der der Filament-Monitor während des Drucks kontinuierlich die Ist-Förderung mit der Soll-Förderung vergleicht und die Motoransteuerung in Echtzeit anpasst. Die Sensorik dafür ist bereits vorhanden — es fehlt die Firmware-seitige Regelschleife mit ausreichend niedriger Latenz.

Integration in den Arbeitsablauf

Die Kalibrierung läuft vollautomatisch im Startprogramm des CHX 350. Beim Einrichten eines neuen Materials führt der Drucker die E-Steps- und M592-Kalibrierung als Teil der Druckvorbereitung durch. Ein Bedienereingriff ist nicht erforderlich. Die Ergebnisse werden materialspezifisch gespeichert und bei erneutem Einsatz desselben Materials wiederverwendet.

Für den Maschinenbediener reduziert sich die Materialeinrichtung auf das Einlegen des Filaments. Alles Weitere erledigt die Firmware.