Willkommen zum dritten und mechanisch wohl wichtigsten Abschnitt meines Prusa MK3S Umbauprojekts. Nachdem ich im zweiten Teil die elektronische Basis geschaffen, die duale Stromversorgung elektrotechnisch sauber verkabelt und den Raspberry Pi Host in das geräumige BigEinsyCase integriert habe, gehe ich diesmal die Mechanik an. Ich widme mich dem Bereich des Druckers, der bei hohen Beschleunigungen am meisten beansprucht wird, die stärksten Vibrationen in die Gesamtstruktur einleitet und das Druckbild am nachhaltigsten ruiniert, wenn er nicht absolut perfekt arbeitet: Die Y-Achse.
Ein Prusa i3 MK3S gehört rein mechanisch betrachtet zur Kategorie der sogenannten „Bed Slinger“ (Bettschubser). Das bedeutet, dass das gesamte Heizbett entlang der Y-Achse vor- und zurückbewegt wird, um die Positionierungsfahrten auszuführen. Wenn man so einen Drucker mit Klipper auf ein neues Leistungsniveau heben und die Beschleunigungswerte durch Input Shaping massiv erhöhen will, muss man die physikalischen Gesetze der Massenträgheit beachten. Ein Bettschubser kämpft permanent gegen seine eigene Masse an. Um diesen Kampf zu gewinnen, will ich die mechanischen Führungen entsprechend aufrüsten. In diesem Artikel zeige ich Dir, wie ich das verschleißanfällige Rundstangen-System durch industrielle MGN12 Linearschienen ersetze, die Tribologie der Schienen beachte, den Rahmen ausrichte und mit dem bekannten Silikon-Mod sowie den passenden Klipper-Befehlen eine perfekte Basis für den ersten Layer schaffe.
Die Physik der Y-Achse: Trägheit, Reibung und Verschleiß
Bevor man den Inbusschlüssel ansetzt und den Drucker zerlegt, sollte man verstehen, warum das werkseitige Prusa-System bei hohen Klipper-Geschwindigkeiten versagt. Die Y-Achse eines originalen Prusa MK3S bewegt eine enorme Masse. Wir sprechen hier vom massiven Aluminium-Y-Carriage (dem Trägerschlitten), dem dicken PCB-Heizbett mit integrierten Hochtemperatur-Magneten, dem schweren magnetischen Federstahlblech und natürlich dem gedruckten Bauteil selbst, welches im Verlauf eines stundenlangen Drucks sukzessive immer schwerer wird.
Prusa führt diese schwere Baugruppe auf zwei gehärteten, 8 Millimeter dicken Stahlrundstangen in Kombination mit LM8UU-Linearlagern. Ein klassisches LM8UU-Lager besitzt in seinem Inneren mehrere Reihen winziger Stahlkugeln, die in einem Kunststoffkäfig rotieren. Das mechanische Problem dieses Designs liegt in der Kontaktfläche: Die harten Stahlkugeln berühren die Rundstange nur an mikroskopisch kleinen, punktuellen Stellen. Wenn der Drucker nun unter der Kontrolle von Klipper mit Beschleunigungswerten von 3.000 mm/s² oder mehr einen abrupten Richtungswechsel ausführt, drückt die Trägheit der bewegten Masse diese winzigen Kugeln mit extremer Hebelkraft in den Stahl der Rundstange.
Im Dauerbetrieb unter dieser punktuellen Überlast passiert Folgendes: Die Kugeln arbeiten mikroskopische Rillen und Vertiefungen in die eigentlich gehärteten Stangen ein. Das Linearlager verliert seine exakte Passung und Toleranz. Es entsteht minimales, aber spürbares Spiel. Dieses winzige Spiel äußert sich während des Druckprozesses als Vibration. Die Extruderdüse zeichnet diese Vibration als Wellenmuster (Ghosting oder Ringing) auf die Außenhaut des Druckteils. Zudem ist die Haftreibung dieser Lager nach hunderten Druckstunden oft so asymmetrisch und ruckartig (Stick-Slip-Effekt), dass eigentlich exakt runde Bauteile leicht oval werden.
Meine Lösung: Der Wechsel auf MGN12 Linearschienen
Die mechanische Antwort auf diese physikalischen Limits lautet: Linearführungen aus dem industriellen CNC-Bereich, konkret das Format MGN12H. Bei einem tiefgreifenden Prusa MK3S Y-Achse Linearschiene Umbau ersetzt man die Punktlast der LM8UU-Lager durch eine lastverteilende Konstruktion. Ein MGN12-Laufwagen umschließt die eckige Schiene formschlüssig und verteilt die mechanische Last über ein wesentlich komplexeres Kugelumlaufsystem auf eine deutlich größere und längere Kontaktfläche. Die Schiene selbst ist flach, massiv und extrem verwindungssteif. Das Resultat ist eine Y-Achse, die selbst unter den absurdesten Beschleunigungswerten absolut spielfrei bleibt, sich geschmeidig bewegen lässt und die mechanische Basis für ein fehlerfreies Input Shaping (die sensorgestützte Resonanzkompensation von Klipper) bildet.
Tribologie in der Praxis: Die Vorbereitung der Schienen
(Tribologie = Reibungslehre)
Genau an diesem Punkt begehen viele Anwender ihren ersten Fehler. Eine MGN12 Linearschiene – ganz gleich ob es sich um eine teure Hiwin-Schiene oder einen günstigen Nachbau handelt – ist kein „Plug-and-Play“-Bauteil. Wenn man eine neue Schiene aus der Vakuum-Verpackung nimmst, ist sie in der Regel mit einer öligen Flüssigkeit überzogen. Das ist definitiv kein Schmiermittel für den Dauerbetrieb! Es handelt sich um ein reines Konservierungsöl. Seine einzige Aufgabe ist es zu verhindern, dass der hochkohlenstoffhaltige Stahl auf dem Transportweg korrodiert.
Wenn man nun die Schiene mit diesem Konservierungsöl verbaut und den Drucker in Betrieb nimmt, verdampfen die flüchtigen Bestandteile des Öls durch die Strahlungswärme des Heizbettes nach wenigen Wochen restlos. Die Schiene läuft komplett trocken, die Kugeln beginnen aneinander zu reiben, und die teure Linearführung blockiert und ist in kürzester Zeit ein Fall für den Schrott.
Mein Tipp: Das absolute Pflichtprogramm vor dem Einbau in den Drucker lautet: Komplett entfetten, spülen und neu abschmieren. Lege die Schienen in eine flache Wanne und spüle sie großzügig mit reinem Isopropanol oder Bremsenreiniger aus. Bewege den Laufwagen dabei mehrfach vorsichtig hin und her. Achtung: Ziehe den Laufwagen ganz vorsichtig von der Schiene ab! Schlimmstenfalls fallen Dir sofort unzählige, winzige Stahlkugeln entgegen, die man nur schwer einsortiert bekommt. Sobald das Öl komplett herausgewaschen ist, lass das Isopropanol an der Luft restlos verdunsten.
Anschließend muss das System mit einem echten, hochdruckfesten Hochleistungsschmierstoff gefüllt werden. Ich verwende hierfür ein hochwertiges Lithiumfett der Viskositätsklasse NLGI 2 (beispielsweise das LM 47 von Liqui Moly, welches oft MoS2-Zusätze für Notlaufeigenschaften besitzt). Ich besorge mir eine kleine Einwegspritze aus der Apotheke, feile die Spitze der Nadel stumpf, ziehe das Fett auf und presse es direkt in die Kugelumläufe des Laufwagens. Dann fahre ich den Wagen langsam über die gesamte Länge der Schiene, wische überschüssiges, herausgedrücktes Fett mit einem fusselfreien Tuch ab und wiederhole den Vorgang, bis die Bewegung absolut geräuschlos, ohne das geringste Kratzen und seidenweich abläuft. Erst jetzt ist die Hardware tatsächlich bereit für den Drucker.
Ein Video, wie man den Wagen zerlegt, reinigt und zusammenbaut, findest Du – hier – .
Die Vorbereitung des Rahmens: Squaring ist Pflicht!
Ich schalte den Drucker aus, ziehe den Netzstecker und beginne mit der Operation. Zuerst löse ich die Verschraubungen des Heizbettes und hebe dieses vorsichtig mitsamt den empfindlichen Strom- und Thermistor-Kabeln zur Seite. Danach löse ich den Riemenspanner an der Vorderseite der Achse und hänge den Gates-Zahnriemen am Y-Carriage komplett aus. Nun kann ich die U-Bügel-Halterungen am Rahmen lösen und die kompletten Rundstangen samt Aluminium-Trägerplatte aus dem Drucker nehmen.
Bevor ich die neuen Schienen montiere, führe ich einen Schritt durch, den viele Anleitungen ignorieren: Das sogenannte „Squaring“ (das exakte, rechtwinklige Ausrichten) des Grundrahmens. Der Rahmen des Prusa MK3S (und auch viele Modifikationen wie der Bear-Frame) besteht aus verschraubten Aluminium-Profilen. Wenn dieser Rahmen in sich verzogen ist (weil der Drucker einmal unsanft getragen wurde oder die Schrauben ungleichmäßig angezogen), werden auch die Linearschienen schief montiert. Linearschienen verzeihen – anders als die alten Gummipuffer der Rundstangen – das nicht so einfach.
Ich stelle den nackten Drucker auf eine plane Oberfläche. Dann löse ich alle Verbindungsschrauben des unteren Rahmens leicht, sodass sich die Profile minimal bewegen können. Nun drücke ich den Rahmen fest und gleichmäßig auf die plane Fläche. Die Schrauben ziehe ich nun über Kreuz (wie bei einem Autoreifen) wieder fest an. Nur ein perfekt in Waage gebrachter und rechtwinkliger Rahmen garantiert, dass die Linearschienen später parallel laufen.
Der mechanische Eingriff: Ausrichtung ohne Toleranzen
Für die Montage der neuen MGN12 Schienen auf dem Rahmen benötigt man 3D-gedruckte Halterungen. Diese Druckteile sollten aus einem hitzebeständigen Material wie PETG, ABS oder ASA gedruckt werden. PLA würde unter der ständigen Strahlungswärme des Heizbettes über die Zeit weich werden, nachgeben (Kaltfluss) und sich verformen, was die präzise Geometrie der gesamten Achse dauerhaft zerstören würde.
Der Einbau erfordert handwerkliche Präzision. Wenn die linke und die rechte Schiene am Ende nicht auf den Zehntelmillimeter exakt parallel zueinander verlaufen, kommt es zum gefürchteten „Binding“. Der Laufwagen verklemmt sich unter Spannung, der Schrittmotor verliert im Betrieb Schritte, die Achse kracht und der Druck schlägt fehl.
Um dieses Binding absolut sicher zu verhindern, wende ich konsequent folgende Anti-Binding-Methode an:
- Zuerst montiere ich die linke Linearschiene mit den gedruckten Halterungen auf dem Aluminiumrahmen. Die M3-Schrauben und T-Nutensteine ziehe ich handfest an. Mit einem digitalen Messschieber messe ich den Abstand von der Außenkante der Schiene zur Rahmenkante an der ganz vorderen und ganz hinteren Position, um sie 100% gerade auszurichten. Dann ziehe ich sie endgültig fest.
- Anschließend montiere ich die rechte Schiene, lasse aber alle Schrauben am Aluminiumrahmen so locker, dass sich die Halterungen noch leicht verschieben lassen.
- Nun schraube ich das Aluminium-Y-Carriage (die eigentliche Trägerplatte) auf die Laufwagen der beiden Linearschienen. Diese Schrauben an den Laufwagen ziehe ich fest an (Achtung: Nutze Loctite Mittelfest, damit sich diese durch Vibrationen nicht wieder lösen).
- Jetzt kommt der entscheidende physikalische Schritt: Ich fahre die Trägerplatte per Hand extrem langsam von ganz hinten nach ganz vorne und wieder zurück. Durch die feste Verbindung der Platte richten sich die lockeren Halterungen der rechten Schiene automatisch und exakt parallel zur bereits festen linken Schiene aus. Die Achse zentriert sich durch ihre eigene Führung selbst.
- Während die Platte hin und her gleitet, ziehe ich Stück für Stück die Schrauben der rechten Halterungen am Rahmen fest. Nach jedem Festziehen einer Schraube prüfe ich, ob die Achse schwergängiger wird. Wenn ja, sind die Schienen leicht verdreht. Dann löse ich die Schraube minimal und richte neu aus. Die Achse muss, wenn man den Rahmen leicht anhebt, fast geräuschlos durch die reine Schwerkraft nach unten gleiten.
Der geniale Silikon-Mod: Das Nadelöhr des Bed Levelings beseitigen
Nachdem die Y-Trägerplatte perfekt, spielfrei und leichtgängig auf den neuen Schienen läuft, widme ich mich einem ab Werk eingebauten Konstruktionsfehler, den ich bei dieser Gelegenheit beheben will. Wenn man das PCB-Heizbett wieder auf die Trägerplatte montieren will, stellt man fest, dass Prusa hier ab Werk kleine, hohle Metallhülsen als feste Abstandshalter zwischen Bett und Träger verwendet.
Das gravierende Problem an starren Metallhülsen ist, dass sie keine Toleranzen und keine mechanische Kalibrierung zulassen. Wenn der Aluminium-Träger minimal verzogen ist oder das Heizbett fertigungsbedingte, leichte Unebenheiten aufweist (was bei 3 Millimeter starkem Leiterplattenmaterial bei Erhitzung auf 100 Grad physikalisch völlig normal ist), werden diese durch die Hülsen auf das Druckbett übertragen. Zwar nutzt Klipper – ebenso wie Marlin – ein virtuelles Mesh Bed Leveling, bei dem die Super-Pinda das Bett matrixartig abtastet und die Software die Z-Achse jedesmal anpasst, um diese „Berge und Täler“ auszugleichen. Doch die Z-Motoren müssen dann während des gesamten Drucks permanent arbeiten. Viel eleganter und professioneller ist es, die Mechanik vorab physisch so perfekt wie möglich zu leveln, damit die Software nur noch mikroskopische Restfehler kompensieren muss.
Hier kommt der bekannte, günstige und hochwirksame Silikon-Mod ins Spiel. Ich verbanne die acht äußeren Metallhülsen in die Bastelkiste und ersetzen sie durch passgenau geschnittene Silikon-Gummischläuche (zwingend temperaturbeständiges Silikon mit einem Außendurchmesser von 8mm und einem Innendurchmesser von 3mm. Die Länge sollte mit einem Skalpell exakt auf 10 Millimeter zugeschnitten werden). Die Teile gibt es aber auch fertig konfektioniert zu kaufen.
Der innere, zentrale Abstandshalter des Druckbettes bleibt die originale Metallhülse! Er dient als Referenzpunkt für die gesamte Ebene. Die acht äußeren Silikonschläuche werden auf die M3-Schrauben geschoben. Da Silikon elastisch ist, kann ich nun durch gezieltes Anziehen oder Lösen der acht Schrauben jede einzelne Ecke und Kante des Bettes mikrometergenau anheben oder absenken.
Software-Unterstützung: SCREWS_TILT_CALCULATE
Klipper bietet für diesen Mod ein geniales, integriertes Tool, das das Rätselraten beim Schraubendrehen beendet. Ich hinterlege die genauen Koordinaten der Bett-Schrauben in der printer.cfg. Dafür füge ich folgenden Block in meine Konfiguration ein (die Koordinaten sind spezifisch auf den Prusa MK3S mit Super-Pinda Offset abgestimmt, prüfe sie gegebenenfalls mit der Konsole nach):
[screws_tilt_adjust]
# Der zentrale Punkt (Referenz) - Die Pinda misst exakt über der mittleren Schraube
screw1: 125, 105
screw1_name: Mitte (Fester Referenzpunkt)
screw2: 25, 6
screw2_name: Vorne Links
screw3: 125, 6
screw3_name: Vorne Mitte
screw4: 225, 6
screw4_name: Vorne Rechts
screw5: 25, 105
screw5_name: Mitte Links
screw6: 225, 105
screw6_name: Mitte Rechts
screw7: 25, 205
screw7_name: Hinten Links
screw8: 125, 205
screw8_name: Hinten Mitte
screw9: 225, 205
screw9_name: Hinten Rechts
speed: 120
horizontal_move_z: 10
screw_thread: CW-M3
Software-Integration: Klipper und das Sensorless Homing
Die Hardware steht. Die Schienen sind geschmiert, ausgerichtet und das Bett ruht auf Silikon. Doch wenn ich den Drucker jetzt einfach einschalten und einen „Home“-Befehl senden würden, gäbe es ein furchtbares, mechanisches Krachen.
Der Prusa MK3S verwendet an der X- und Y-Achse keine physischen Endschalter (Mikroschalter). Er nutzt „Sensorless Homing“. Die Trinamic TMC2130 Motortreiber überwachen permanent die Last am Schrittmotor über eine Funktion namens Stallguard. Fährt die Achse gegen den physischen Rahmen, blockiert der Motor, die Motorlast steigt abrupt an, der Treiber registriert diesen Spike und meldet Klipper: „Hier ist die Position Null“.
Der Schwellenwert (SGT – Stallguard Threshold), bei dem der Treiber „Blockade!“ meldet, war bisher in der Software auf die hohe Reibung der LM8UU-Lager und Rundstangen eingestellt. Die neuen Linearschienen haben jedoch einen deutlich geringeren Rollwiderstand. Der Motor muss viel weniger Kraft aufwenden, um die Achse zu bewegen. Wenn der Schlitten nun gegen den Rahmen fährt, ist die Kraftänderung mit dem alten Schwellenwert nicht hoch genug, um als Blockade erkannt zu werden. Die Motoren rattern weiter, weil sie versuchen, durch den Rahmen hindurchzufahren.
Die Anpassung der printer.cfg
Ich muss Klipper also mitteilen, dass die Achse nun viel empfindlicher reagiert. Dazu logge ich mich ins Mainsail-Webinterface ein, öffne die Datei printer.cfg und navigiere zum Abschnitt [tmc2130 stepper_y].
Hier findet man den Parameter driver_SGT. Dieser Wert steuert die Empfindlichkeit (bei Trinamic 2130 reicht er in Klipper von -64 bis 63). Ein niedrigerer Wert macht die Erkennung empfindlicher. Man muss diesen Wert iterativ ermitteln. Ich reduziere ihn in kleinen Schritten, speichere die Config und löse einen Homing-Befehl aus. Sobald der Schlitten den Rahmen berührt und sofort weich stoppt, ohne zu rattern, hat man den perfekten Schwellenwert gefunden.
Zudem muss ich im Block [stepper_y] die physikalischen Grenzen prüfen. Durch die gedruckten Halterungen der Linearschienen oder längere Laufwagen kann es sein, dass der Y-Schlitten früher am vorderen oder hinteren Rahmen anschlägt als beim Original-Design. Ich muss daher den maximalen Fahrweg anpassen, um Crashs zu vermeiden:
[stepper_y]
# ... (bestehende Konfiguration)
position_endstop: -4
position_min: -4
# Reduziere die maximale Position, falls der Schlitten hinten früher anschlägt.
# Beispielsweise von 210 auf 205. Fahre die Achse manuell nach hinten, um das Limit auszuloten.
position_max: 205
Mechanik als Fundament für anspruchsvolle Drucke
Wenn diese Parameter im Klipper-Webinterface konfiguriert sind, speichere ich die Änderungen ab und starte den Klipper-Dienst neu (Save & Restart). Die Y-Achse ist nun mechanisch und softwaretechnisch ein völlig neues Konstrukt. Sie gleitet leise, spielfrei und bietet durch die feinjustierbaren Silikon-Puffer die optimale Grundlage für einen perfekt gelevelten Druck.
Eine makellose erste Schicht ist nicht nur eine optische Frage. Gerade wenn man anspruchsvolle, technische Materialien wie ASA+ oder PETG für belastbare Funktionsteile druckt, ist eine absolut plane Y-Achse die elementare Grundvoraussetzung, damit das Material ohne Warping zuverlässig auf dem Druckbett haftet. Zudem ist dieser mechanische Eingriff die unabdingbare Voraussetzung für eine erfolgreiche Resonanzkompensation (Input Shaping) in Klipper.
Damit habe ich das schwerste und fehleranfälligste bewegliche Element des Druckers für enorme Beschleunigungen optimiert. Doch eine hochpräzise Y-Achse bringt wenig, wenn der Druckkopf auf der X-Achse weiterhin auf verschlissenen Rundstangen wackelt. Im vierten Teil dieser Artikelserie beschriebe ich den radikalen Umbau der X-Achse. Dort modifiziere ich den Extruder-Schlitten komplett und stelle sicher, dass die gesamte Kinematik harmonisch arbeitet.
21 Aug. 2026
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Willkommen zum dritten und mechanisch wohl wichtigsten Abschnitt meines Prusa MK3S Umbauprojekts. Nachdem ich im zweiten Teil die elektronische Basis geschaffen, die duale Stromversorgung elektrotechnisch sauber verkabelt und den Raspberry Pi Host in das geräumige BigEinsyCase integriert habe, gehe ich diesmal die Mechanik an. Ich widme mich dem Bereich des Druckers, der bei hohen Beschleunigungen am meisten beansprucht wird, die stärksten Vibrationen in die Gesamtstruktur einleitet und das Druckbild am nachhaltigsten ruiniert, wenn er nicht absolut perfekt arbeitet: Die Y-Achse.
Ein Prusa i3 MK3S gehört rein mechanisch betrachtet zur Kategorie der sogenannten „Bed Slinger“ (Bettschubser). Das bedeutet, dass das gesamte Heizbett entlang der Y-Achse vor- und zurückbewegt wird, um die Positionierungsfahrten auszuführen. Wenn man so einen Drucker mit Klipper auf ein neues Leistungsniveau heben und die Beschleunigungswerte durch Input Shaping massiv erhöhen will, muss man die physikalischen Gesetze der Massenträgheit beachten. Ein Bettschubser kämpft permanent gegen seine eigene Masse an. Um diesen Kampf zu gewinnen, will ich die mechanischen Führungen entsprechend aufrüsten. In diesem Artikel zeige ich Dir, wie ich das verschleißanfällige Rundstangen-System durch industrielle MGN12 Linearschienen ersetze, die Tribologie der Schienen beachte, den Rahmen ausrichte und mit dem bekannten Silikon-Mod sowie den passenden Klipper-Befehlen eine perfekte Basis für den ersten Layer schaffe.
Inhalt
Die Physik der Y-Achse: Trägheit, Reibung und Verschleiß
Bevor man den Inbusschlüssel ansetzt und den Drucker zerlegt, sollte man verstehen, warum das werkseitige Prusa-System bei hohen Klipper-Geschwindigkeiten versagt. Die Y-Achse eines originalen Prusa MK3S bewegt eine enorme Masse. Wir sprechen hier vom massiven Aluminium-Y-Carriage (dem Trägerschlitten), dem dicken PCB-Heizbett mit integrierten Hochtemperatur-Magneten, dem schweren magnetischen Federstahlblech und natürlich dem gedruckten Bauteil selbst, welches im Verlauf eines stundenlangen Drucks sukzessive immer schwerer wird.
Prusa führt diese schwere Baugruppe auf zwei gehärteten, 8 Millimeter dicken Stahlrundstangen in Kombination mit LM8UU-Linearlagern. Ein klassisches LM8UU-Lager besitzt in seinem Inneren mehrere Reihen winziger Stahlkugeln, die in einem Kunststoffkäfig rotieren. Das mechanische Problem dieses Designs liegt in der Kontaktfläche: Die harten Stahlkugeln berühren die Rundstange nur an mikroskopisch kleinen, punktuellen Stellen. Wenn der Drucker nun unter der Kontrolle von Klipper mit Beschleunigungswerten von 3.000 mm/s² oder mehr einen abrupten Richtungswechsel ausführt, drückt die Trägheit der bewegten Masse diese winzigen Kugeln mit extremer Hebelkraft in den Stahl der Rundstange.
Im Dauerbetrieb unter dieser punktuellen Überlast passiert Folgendes: Die Kugeln arbeiten mikroskopische Rillen und Vertiefungen in die eigentlich gehärteten Stangen ein. Das Linearlager verliert seine exakte Passung und Toleranz. Es entsteht minimales, aber spürbares Spiel. Dieses winzige Spiel äußert sich während des Druckprozesses als Vibration. Die Extruderdüse zeichnet diese Vibration als Wellenmuster (Ghosting oder Ringing) auf die Außenhaut des Druckteils. Zudem ist die Haftreibung dieser Lager nach hunderten Druckstunden oft so asymmetrisch und ruckartig (Stick-Slip-Effekt), dass eigentlich exakt runde Bauteile leicht oval werden.
Meine Lösung: Der Wechsel auf MGN12 Linearschienen
Die mechanische Antwort auf diese physikalischen Limits lautet: Linearführungen aus dem industriellen CNC-Bereich, konkret das Format MGN12H. Bei einem tiefgreifenden Prusa MK3S Y-Achse Linearschiene Umbau ersetzt man die Punktlast der LM8UU-Lager durch eine lastverteilende Konstruktion. Ein MGN12-Laufwagen umschließt die eckige Schiene formschlüssig und verteilt die mechanische Last über ein wesentlich komplexeres Kugelumlaufsystem auf eine deutlich größere und längere Kontaktfläche. Die Schiene selbst ist flach, massiv und extrem verwindungssteif. Das Resultat ist eine Y-Achse, die selbst unter den absurdesten Beschleunigungswerten absolut spielfrei bleibt, sich geschmeidig bewegen lässt und die mechanische Basis für ein fehlerfreies Input Shaping (die sensorgestützte Resonanzkompensation von Klipper) bildet.
Tribologie in der Praxis: Die Vorbereitung der Schienen
(Tribologie = Reibungslehre)
Genau an diesem Punkt begehen viele Anwender ihren ersten Fehler. Eine MGN12 Linearschiene – ganz gleich ob es sich um eine teure Hiwin-Schiene oder einen günstigen Nachbau handelt – ist kein „Plug-and-Play“-Bauteil. Wenn man eine neue Schiene aus der Vakuum-Verpackung nimmst, ist sie in der Regel mit einer öligen Flüssigkeit überzogen. Das ist definitiv kein Schmiermittel für den Dauerbetrieb! Es handelt sich um ein reines Konservierungsöl. Seine einzige Aufgabe ist es zu verhindern, dass der hochkohlenstoffhaltige Stahl auf dem Transportweg korrodiert.
Wenn man nun die Schiene mit diesem Konservierungsöl verbaut und den Drucker in Betrieb nimmt, verdampfen die flüchtigen Bestandteile des Öls durch die Strahlungswärme des Heizbettes nach wenigen Wochen restlos. Die Schiene läuft komplett trocken, die Kugeln beginnen aneinander zu reiben, und die teure Linearführung blockiert und ist in kürzester Zeit ein Fall für den Schrott.
Anschließend muss das System mit einem echten, hochdruckfesten Hochleistungsschmierstoff gefüllt werden. Ich verwende hierfür ein hochwertiges Lithiumfett der Viskositätsklasse NLGI 2 (beispielsweise das LM 47 von Liqui Moly, welches oft MoS2-Zusätze für Notlaufeigenschaften besitzt). Ich besorge mir eine kleine Einwegspritze aus der Apotheke, feile die Spitze der Nadel stumpf, ziehe das Fett auf und presse es direkt in die Kugelumläufe des Laufwagens. Dann fahre ich den Wagen langsam über die gesamte Länge der Schiene, wische überschüssiges, herausgedrücktes Fett mit einem fusselfreien Tuch ab und wiederhole den Vorgang, bis die Bewegung absolut geräuschlos, ohne das geringste Kratzen und seidenweich abläuft. Erst jetzt ist die Hardware tatsächlich bereit für den Drucker.
Ein Video, wie man den Wagen zerlegt, reinigt und zusammenbaut, findest Du – hier – .
Die Vorbereitung des Rahmens: Squaring ist Pflicht!
Ich schalte den Drucker aus, ziehe den Netzstecker und beginne mit der Operation. Zuerst löse ich die Verschraubungen des Heizbettes und hebe dieses vorsichtig mitsamt den empfindlichen Strom- und Thermistor-Kabeln zur Seite. Danach löse ich den Riemenspanner an der Vorderseite der Achse und hänge den Gates-Zahnriemen am Y-Carriage komplett aus. Nun kann ich die U-Bügel-Halterungen am Rahmen lösen und die kompletten Rundstangen samt Aluminium-Trägerplatte aus dem Drucker nehmen.
Bevor ich die neuen Schienen montiere, führe ich einen Schritt durch, den viele Anleitungen ignorieren: Das sogenannte „Squaring“ (das exakte, rechtwinklige Ausrichten) des Grundrahmens. Der Rahmen des Prusa MK3S (und auch viele Modifikationen wie der Bear-Frame) besteht aus verschraubten Aluminium-Profilen. Wenn dieser Rahmen in sich verzogen ist (weil der Drucker einmal unsanft getragen wurde oder die Schrauben ungleichmäßig angezogen), werden auch die Linearschienen schief montiert. Linearschienen verzeihen – anders als die alten Gummipuffer der Rundstangen – das nicht so einfach.
Ich stelle den nackten Drucker auf eine plane Oberfläche. Dann löse ich alle Verbindungsschrauben des unteren Rahmens leicht, sodass sich die Profile minimal bewegen können. Nun drücke ich den Rahmen fest und gleichmäßig auf die plane Fläche. Die Schrauben ziehe ich nun über Kreuz (wie bei einem Autoreifen) wieder fest an. Nur ein perfekt in Waage gebrachter und rechtwinkliger Rahmen garantiert, dass die Linearschienen später parallel laufen.
Der mechanische Eingriff: Ausrichtung ohne Toleranzen
Für die Montage der neuen MGN12 Schienen auf dem Rahmen benötigt man 3D-gedruckte Halterungen. Diese Druckteile sollten aus einem hitzebeständigen Material wie PETG, ABS oder ASA gedruckt werden. PLA würde unter der ständigen Strahlungswärme des Heizbettes über die Zeit weich werden, nachgeben (Kaltfluss) und sich verformen, was die präzise Geometrie der gesamten Achse dauerhaft zerstören würde.
Der Einbau erfordert handwerkliche Präzision. Wenn die linke und die rechte Schiene am Ende nicht auf den Zehntelmillimeter exakt parallel zueinander verlaufen, kommt es zum gefürchteten „Binding“. Der Laufwagen verklemmt sich unter Spannung, der Schrittmotor verliert im Betrieb Schritte, die Achse kracht und der Druck schlägt fehl.
Um dieses Binding absolut sicher zu verhindern, wende ich konsequent folgende Anti-Binding-Methode an:
Der geniale Silikon-Mod: Das Nadelöhr des Bed Levelings beseitigen
Nachdem die Y-Trägerplatte perfekt, spielfrei und leichtgängig auf den neuen Schienen läuft, widme ich mich einem ab Werk eingebauten Konstruktionsfehler, den ich bei dieser Gelegenheit beheben will. Wenn man das PCB-Heizbett wieder auf die Trägerplatte montieren will, stellt man fest, dass Prusa hier ab Werk kleine, hohle Metallhülsen als feste Abstandshalter zwischen Bett und Träger verwendet.
Das gravierende Problem an starren Metallhülsen ist, dass sie keine Toleranzen und keine mechanische Kalibrierung zulassen. Wenn der Aluminium-Träger minimal verzogen ist oder das Heizbett fertigungsbedingte, leichte Unebenheiten aufweist (was bei 3 Millimeter starkem Leiterplattenmaterial bei Erhitzung auf 100 Grad physikalisch völlig normal ist), werden diese durch die Hülsen auf das Druckbett übertragen. Zwar nutzt Klipper – ebenso wie Marlin – ein virtuelles Mesh Bed Leveling, bei dem die Super-Pinda das Bett matrixartig abtastet und die Software die Z-Achse jedesmal anpasst, um diese „Berge und Täler“ auszugleichen. Doch die Z-Motoren müssen dann während des gesamten Drucks permanent arbeiten. Viel eleganter und professioneller ist es, die Mechanik vorab physisch so perfekt wie möglich zu leveln, damit die Software nur noch mikroskopische Restfehler kompensieren muss.
Hier kommt der bekannte, günstige und hochwirksame Silikon-Mod ins Spiel. Ich verbanne die acht äußeren Metallhülsen in die Bastelkiste und ersetzen sie durch passgenau geschnittene Silikon-Gummischläuche (zwingend temperaturbeständiges Silikon mit einem Außendurchmesser von 8mm und einem Innendurchmesser von 3mm. Die Länge sollte mit einem Skalpell exakt auf 10 Millimeter zugeschnitten werden). Die Teile gibt es aber auch fertig konfektioniert zu kaufen.
Der innere, zentrale Abstandshalter des Druckbettes bleibt die originale Metallhülse! Er dient als Referenzpunkt für die gesamte Ebene. Die acht äußeren Silikonschläuche werden auf die M3-Schrauben geschoben. Da Silikon elastisch ist, kann ich nun durch gezieltes Anziehen oder Lösen der acht Schrauben jede einzelne Ecke und Kante des Bettes mikrometergenau anheben oder absenken.
Software-Unterstützung: SCREWS_TILT_CALCULATE
Klipper bietet für diesen Mod ein geniales, integriertes Tool, das das Rätselraten beim Schraubendrehen beendet. Ich hinterlege die genauen Koordinaten der Bett-Schrauben in der
printer.cfg. Dafür füge ich folgenden Block in meine Konfiguration ein (die Koordinaten sind spezifisch auf den Prusa MK3S mit Super-Pinda Offset abgestimmt, prüfe sie gegebenenfalls mit der Konsole nach):Software-Integration: Klipper und das Sensorless Homing
Die Hardware steht. Die Schienen sind geschmiert, ausgerichtet und das Bett ruht auf Silikon. Doch wenn ich den Drucker jetzt einfach einschalten und einen „Home“-Befehl senden würden, gäbe es ein furchtbares, mechanisches Krachen.
Der Prusa MK3S verwendet an der X- und Y-Achse keine physischen Endschalter (Mikroschalter). Er nutzt „Sensorless Homing“. Die Trinamic TMC2130 Motortreiber überwachen permanent die Last am Schrittmotor über eine Funktion namens Stallguard. Fährt die Achse gegen den physischen Rahmen, blockiert der Motor, die Motorlast steigt abrupt an, der Treiber registriert diesen Spike und meldet Klipper: „Hier ist die Position Null“.
Der Schwellenwert (SGT – Stallguard Threshold), bei dem der Treiber „Blockade!“ meldet, war bisher in der Software auf die hohe Reibung der LM8UU-Lager und Rundstangen eingestellt. Die neuen Linearschienen haben jedoch einen deutlich geringeren Rollwiderstand. Der Motor muss viel weniger Kraft aufwenden, um die Achse zu bewegen. Wenn der Schlitten nun gegen den Rahmen fährt, ist die Kraftänderung mit dem alten Schwellenwert nicht hoch genug, um als Blockade erkannt zu werden. Die Motoren rattern weiter, weil sie versuchen, durch den Rahmen hindurchzufahren.
Die Anpassung der printer.cfg
Ich muss Klipper also mitteilen, dass die Achse nun viel empfindlicher reagiert. Dazu logge ich mich ins Mainsail-Webinterface ein, öffne die Datei
printer.cfgund navigiere zum Abschnitt[tmc2130 stepper_y].Hier findet man den Parameter
driver_SGT. Dieser Wert steuert die Empfindlichkeit (bei Trinamic 2130 reicht er in Klipper von -64 bis 63). Ein niedrigerer Wert macht die Erkennung empfindlicher. Man muss diesen Wert iterativ ermitteln. Ich reduziere ihn in kleinen Schritten, speichere die Config und löse einen Homing-Befehl aus. Sobald der Schlitten den Rahmen berührt und sofort weich stoppt, ohne zu rattern, hat man den perfekten Schwellenwert gefunden.Zudem muss ich im Block
[stepper_y]die physikalischen Grenzen prüfen. Durch die gedruckten Halterungen der Linearschienen oder längere Laufwagen kann es sein, dass der Y-Schlitten früher am vorderen oder hinteren Rahmen anschlägt als beim Original-Design. Ich muss daher den maximalen Fahrweg anpassen, um Crashs zu vermeiden:Mechanik als Fundament für anspruchsvolle Drucke
Wenn diese Parameter im Klipper-Webinterface konfiguriert sind, speichere ich die Änderungen ab und starte den Klipper-Dienst neu (Save & Restart). Die Y-Achse ist nun mechanisch und softwaretechnisch ein völlig neues Konstrukt. Sie gleitet leise, spielfrei und bietet durch die feinjustierbaren Silikon-Puffer die optimale Grundlage für einen perfekt gelevelten Druck.
Eine makellose erste Schicht ist nicht nur eine optische Frage. Gerade wenn man anspruchsvolle, technische Materialien wie ASA+ oder PETG für belastbare Funktionsteile druckt, ist eine absolut plane Y-Achse die elementare Grundvoraussetzung, damit das Material ohne Warping zuverlässig auf dem Druckbett haftet. Zudem ist dieser mechanische Eingriff die unabdingbare Voraussetzung für eine erfolgreiche Resonanzkompensation (Input Shaping) in Klipper.
Damit habe ich das schwerste und fehleranfälligste bewegliche Element des Druckers für enorme Beschleunigungen optimiert. Doch eine hochpräzise Y-Achse bringt wenig, wenn der Druckkopf auf der X-Achse weiterhin auf verschlissenen Rundstangen wackelt. Im vierten Teil dieser Artikelserie beschriebe ich den radikalen Umbau der X-Achse. Dort modifiziere ich den Extruder-Schlitten komplett und stelle sicher, dass die gesamte Kinematik harmonisch arbeitet.