CNC-Fräse aus 3D-Drucker und Dremel bauen

Nachdem ich meinen 3D-Drucker zu einem Schneideplotter umgebaut habe und mein Verlangen nach geschnittenem Vinyl gestillt wurde, hatte ich plötzlich echt Lust auf eine CNC-Fräse. Klitzekleines Problem: Ich hatte weder eine Fräse, noch die notwendige Erfahrung zur Bedienung. Was ich aber hatte war ein weiterer 3D-Drucker, der eher unbekannte Tevo Michelangelo mit 15x15x15cm Druckraum und ein Dremel mit flexibler Welle. Damit lässt sich auf jeden Fall etwas bauen!

Das Aufrüsten kostet, sofern man keinen Dremel hat unter 100€ und ist damit günstiger als jede China-Fräse in der Anschaffung. Also worauf warten?

Das Konzept

Eigentlich sind ja 3D-Drucker gar nicht auf den Betrieb als CNC-Fräse ausgelegt und das muss man bei dem Umbau auch beachten. Deshalb habe ich mich für die Verwendung einer flexiblen Welle entschieden. Wer noch nie zuvor mit so einer Welle (engl. flex shaft) Bekanntschaft gemacht hat: Die Welle ist ein biegsamer Schlauch zur Übertragung der Drehbewegung. Damit ich den schweren Dremel nicht auf der Z-Achse des 3D-Druckers befestigen muss, kann ich durch die Welle den Dremel im wahrsten Sinne des Wortes zur Seite legen und eine deutlich leichtere Spindel benutzen. (Eine Teileliste ist für dich am Ende des Beitrages. So musst du die Sachen nicht mühselig suchen und kannst direkt alles ordern.) Die Welle inklusive Spindel befestige ich durch einen 3D-gedruckten Halter am 3D-Drucker. Als Fräser nehme ich einen günstigen Satz Schaftfräser mit einem 3,1mm Schaft.

Tabula rasa: den Drucker umbauen

Beim Umbau zur CNC-Fräse ist das Hotend leider im Weg und die Fähigkeit 3D zu drucken muss weichen. Aber das wäre sowieso ein Problem gewesen, da später eine neue Firmware zum Fräsbetrieb notwendig ist. Also habe ich an meinem Drucker das gesamte Hotend abgeschraubt und den auf der Z-Achse liegenden Schrittmotor zum Filamentvorschub ebenfalls entfernt.

Danach habe ich im Internet eine super Halterung für die flexible Welle gefunden (die ist eigentlich für Creality-Drucker), so bearbeitet, dass sie auf meinen Drucker passt und ausgedruckt. Die Halterung konnte ich dann ganz einfach mit M3x6 Schrauben an meiner X-Platte festschrauben. In die Halterung an sich werden M4-Muttern reingedrückt. Somit haben die Schrauben beim Montieren der Spindel genug Profil. Zum Festschrauben der Spindel benutze ich M4x30 Schrauben. Da die Spindel von so einer gummiartigen Schicht überzogen ist, die ein einfaches Festhalten im Handbetrieb ermöglicht, rutscht sie nicht aus dem Halter.

Frästisch und Leveling

Ich bin mir sehr sicher, dass ich das Druckbett irgendwann durch den Fräser verkratzen würde. Also hab ich eine alte Holzplatte genommen (ich glaube das war mal ein Regalboden oder so), auf die Größe des Druckbetts zugeschnitten und Löcher gebohrt. Die Löcher habe ich einmal mit einem 3,3mm Bohrer gebohrt und anschließend mit einem 5,5mm Bohrer angebohrt, um die Köpfe der Schrauben in die Platte zu versenken. Den neuen Frästisch konnte ich dann mit den Federn und Rändelmuttern vom alten Druckbett befestigen. Der Frästisch ist innerhalb von 20 Minuten neu gebaut, sollte man ihn wirklich kaputt machen. Deutlich angenehmer, als ein zerkratztes Druckbett.

Anschließend habe ich meinen Drucker für die nächste Modifikation aufgeschraubt: Das Homing. Dafür benutze ich eine Metallplatte mit Kabel, welche an den Anschluss des Z-Endstops angeschlossen wird. Eine Krokodilklemme wird an der Spindel befestigt, die andere an der Metallplatte. Homed man nun die Z-Achse, so stellen Werkzeug in der Spindel und Platte einen geschlossenen Stromkreis dar. Durch die etwas umständlichere Level-Methode können Werkzeuge verschiedener Länge eingespannt werden.

Neue Firmware für den Fräsbetrieb

Marlin ist die Firmware für unseren Drucker. Mit ein paar Änderungen lässt sie sich auch für die CNC-Fräse benutzen. Solltest du Marlin noch nie konfiguriert haben gibt es hier einen super Guide dazu (es ist echt einfach)! Ein paar Sachen müssen umgestellt werden:

1. Die Thermal Runaway Protection muss deaktiviert werden. Sie würde beim Auslesen der Temperatur der Fräse einen Fehler erzeugen und sie abstürzen lassen.
2. Die Z-Probe muss den Z-Endstop Pin benutzen, da das unser Homing-Ersatz ist.
3. Die „Nozzle“, also unsere Spindel muss als Probe aktiviert sein.
4. Z_SAFE_HOMING muss aktiviert sein, damit die Fräse auf jeden Fall die Metallplatte anfährt.
5. CNC_COORDINATE_SYSTEMS muss aktiviert sein, um Fehler mit dem G-Code vorzubeugen.

Die Firmware kann dann via PlatformIO oder sogar Cura auf den Drucker geladen werden und nach ein paar Sekunden warten ist unsere Fräse auch schon einsatzbereit. Danach muss der Z-Probe-Offset am Drucker noch auf die Dicke der Metallplatte gesetzt werden.

G-Code via Estlcam erzeugen und losfräsen

Erstaunt hat mich, dass es sehr viele Programme gibt, die G-Code zum Fräsen erstellen und der Markt dementsprechend groß und vielfältig ist. Meine Wahl ist da auf Estlcam gefallen. Die Testversion hat keine technischen Einschränkungen, man muss allerdings immer nur etwas länger nach dem Fräsen warten, bis die Oberfläche wieder verfügbar ist. Die Vollversion ist mit 49€ bezahlbar. Hier ist eine gute Anleitung, wie sich Estlcam für Marlin einrichten lässt.

Für einen einfachen Test habe ich das Blog-Logo in 1,8cm dickes, weiches Holz gefräst. Dafür habe ich die .svg-Datei in Estlcam geladen und meine Konturen ausgewählt. Anschließend konnte ich den Fräsweg als .gcode speichern, auf eine SD-Karte ziehen und in meinen Drucker stecken.

Die flexible Welle habe ich an meinen Dremel geschraubt und einen 1.8mm Schaftfräser eingespannt, dessen Profil ich zuvor in Estlcam angelegt habe. Anschließend musste ich die Achsen homen und das Holz mit doppelseitigem Klebeband auf dem Frästisch montieren. Danach war es so weit: Ich konnte den Dremel einschalten und den G-Code abrufen.

Ein Video der Fräse in Aktion:

Ergebnis & Nachwort

Wer ein bisschen um die Ecke denkt, kann kinderleicht seinen Drucker zur Fräse umbauen und eine neue Welt erkunden. Die benötigten Teile haben eine hohe Verfügbarkeit und sind wahrscheinlich sowieso schon in der Werkstatt. Ähnlich wie beim Umbau zum Vinylplotter spart man sich hier nicht nur das Geld in der Tasche, sondern auch Platz in der Werkstatt. Und wenn man die CNC-Fräse wieder zum Drucker umbauen möchte, ist das auch schnell getan.

Außerdem denke ich, dass man mit dem Setup auch sehr gut seine Platinen in den eigenen vier Wänden herstellen kann und so noch schneller an Prototypen kommt – was sich also doppelt lohnt.

Hier die Materialliste:

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Dremel 4300 oder 3000	https://amzn.to/3ELcgMl * oder https://amzn.to/3pbS7rx *
Flexible Welle	https://amzn.to/2YbLPw9 *
Schaftfräser-Set	https://amzn.to/396H7pO *
M4 Schrauben-Set	https://amzn.to/2Y7uuoq *
Krokodilklemmen	https://amzn.to/3sMYcx1 *
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