MPCNC: Mostly Printed CNC – mein neues DIY-Projekt – Teil 1

Schon lange war klar, dass eine CNC-Fräse her muss sobald wir im neuen Haus sind. Nun habe ich etwa 25 m² Werkstattfläche zur Verfügung und da findet nun auch eine etwas größere CNC-Maschine Platz. Seit 2 Wochen ist auch klar, dass es eine MPCNC – Mostly Printed CNC wird.

Wenn man sich eine CNC-Fräse fürs Hobby anschaffen will, hat man ja jede Menge Optionen. Man kann fertige Geräte wie die von CNC-Step oder Stepcraft kaufen, liegt hier aber schon in einem Preisbereich von über 2000 Euro, wenn man einen größeren Fräsbereich möchte. Bei Ebay und Amazon tummeln sich jede Menge China-Fräsen, die aber auch gleich über 1000 Euro (inkl. Spindel) kosten. Daneben gibt es je einige Portalfräsen für den Eigenbau wie die Shapeoko.

Ich habe mich nun auf die MPCNC festgelegt, da sie relativ simple im Aufbau ist, mit einfachen Standardkomponenten auskommt, fast beliebig groß konfiguriert werden kann und offenbar einen ziemlich guten Job macht, was etliche Youtube-Videos zeigen. So lässt sich nicht nur Holz und Kunststoff fräsen, sondern auch Aluminium und sogar Stahlblech scheint sie einigermaßen zu fressen, was zumindest für Frontplatten und Gehäuse ausreichend sein dürfte.

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Der Clou an der MPCNC ist, dass man die meisten Rahmenteile einfach mit dem 3D-Drucker herstellen kann. Als Rahmen und Laufflächen für die 3 Achsen dienen billige 25mm (Edel-)Stahlrohre und alles bewegt sich auf Kugellagern vom Typ 608 2RS. Ein Sack voll M4 und M8 Schrauben mit Sicherungsmuttern, 5 Stück NEMA 17 Schrittmotore, eine RAMPS 1.4 (oder vergleichbare) Steuerung und noch ein paar Kleinteile und schon hat man alles was man für eine brauchbare Hobbyfräse benötigt. Stellt man später fest, dass man die Fräse vergrößern (oder aus Stabilitätsgründen verkleinern) möchte, tauscht man einfach die Rohre aus.

Dabei kann man mit der MPCNC später nicht nur Fräsen. Man kann sie zum Lasercutter, 3D-Drucker oder Styroporschneider umfunktionieren. Mit dem passenden Schneidstichel taugt sie zum Isolationsfräsen für die Platinenherstellung oder als Folienplotter.

Als ersten Fräsmotor werde ich übrigens eine Makita RT0700 einsetzen, da dieser sich auch als handgeführte Oberfräse eignet und damit gleich zwei Aufgaben erschlägt.

Startschuss: 3D-Druckteile und die große Bestellung

Zunächst habe ich damit begonnen die ersten Teile für die MPCNC zu drucken. Da PLA maßhaltiger ist und weniger Schrumpfung unterliegt als ABS, habe ich restliches PLA-Filament für die Füße genommen und noch einige Spulen DruckerRhino PLA-Filament bestellt, welches sich einwandfrei verarbeiten lässt. Insgesamt benötigt man etwa 2 kg Filament und ca. 100 Stunden Druckzeit. Mein Wanhao Duplikator 6 läuft nun täglich, damit die Teile alle fertig werden. Für die Infill-Einstellungen der MPCNC-Teile habe ich in Cura 3.6 das etwas exotische Gyroid Füllmuster gewählt.

Mit 25% Infill verbraucht es weniger Filament als Lines oder Cubes bei gleicher Belastbarkeit. Viel höhere Infill-Dichten sollte man allerdings nicht ausprobieren, da die Struktur sonst zu klein wird und der Drucker mächtig durchgeschüttelt wird. Der Druck selbst ist unproblematisch. Man braucht keinen Support und kann gleich mehrere Teile auf dem Drucktisch platzieren – sofern nicht das Filament falsch gewickelt ist und sowas dabei herauskommt:

 

Fehldruck, weil das Filament verknotet war …

Mittlerweile habe ich die Hälfte der Teile gedruckt und die ersten Teile sind auch schon eingetroffen.

Als Größe für die MPCNC-Fräse, habe ich mich an der „großen“ Stepcraft 840 orientiert. Diese hat einen Arbeitsbereich von 600 x 840 x 140 mm (X Y Z). Mit dem diesem Rechner für die MPCNC, kann man die benötigten Rohrlängen und das Maß für die Grundplatte bequem kalkulieren lassen.

Die Einkaufsliste für die MPCNC

Nach etwas Recherche habe ich verschiedene preisgünstige Quellen für das benötigte Material gefunden. Mein Metallhändler im Nachbarort ist zwar immer sehr hilfreich und ziemlich preiswert, bei den 25 mm Edelstahlrohren (2 mm Wandstärke) war ein Ebay-Händler aber deutlich preiswerter und man bekommt die Rohre fix und fertig, in 10 mm Schritten, geschnitten geliefert.

Die vielen Schrauben besorgte ich mir zum Großteil beim Sonderpreis Baumarkt in der Nähe. Übrigens braucht man nicht auf die exotischen M3,5 Schrauben gehen. M4 funktionieren nach ersten Tests genau so und viele MPCNC Besitzer haben diese ebenfalls verbaut. Da der Sonderpreis Baumarkt Schrauben nach Kilopreisen berechnet, kommt man auf gerade mal 10 Euro für die Schrauben und Muttern. Eine Liste der benötigten Schrauben findet ihr HIER.

53 Kugellager vom Typ 608 2RS bekommt man ebenfalls bei Ebay. Ich habe gleich 100 Stück bestellt, da man die immer wieder brauchen kann und somit bei Verschleiß auch gleich Ersatz hat. 100 Stück 608 2 RS Kugellager kosten etwa 25 Euro.

Die NEMA 17 Schrittmotore gibt es für etwa 50 Euro. Als Board habe ich kein RAMPS mit Arduino Mega 2560 geplant, sondern mir ein MKS Rumba Plus Board samt DRV8825 Treibern besorgt. Diese ist wohl deutlich robuster als die RAMPS Shields, es hat den Arduino gleich mit auf dem Board und schöne Schraubklemmen für die Verkabelung. Kostet zusammen 65 Euro. Apropos Verkabelung: Hier gibt es bei Amazon recht günstige 4-adrige LiYCY Steuerleitung mit Abschirmung.

MKS Rumba+ Board, ein Schrittmotor, Zahnriemen und Meanwell Netzteil

Angetrieben wird das Board von einem 12V Netzteil mit 150 Watt. Damit ist es ausreichend dimensioniert, um auch ein 5 Watt Lasermodul oder einen 3D-Druckkopf samt beheiztem Druckbett zu versorgen. Bei einem solch kritischen Teil setze ich lieber auf die bewährten Meanwell Netzteile, die nur unwesentlich teurer sind als die China-Kracher.

Weiterhin trudelte eine 300 mm Gewindespindel für die Z-Achse ein, 10 Meter Zahnriemen für den Antrieb, flexible Motorkupplungen für den Z-Achsen Motor und 2GT Zahnriemenscheiben.

Alles in allem bin ich damit bei etwa 350 Euro inkl. 2 kg PLA-Filament, aber natürlich ohne Fräsmotor. Ungefähr 25 Euro kommen außerdem noch für eine 19 mm starke Siebdruckplatte hinzu, auf der ich die Fräse montieren werde.

Notwendige Werkzeuge

Die Konstruktion der MPCNC stützt sich hauptsächlich auf Schrauben mit Sicherungsmuttern und Kugellager. Eines meiner Lieblingswerkzeuge ist der Proxxon 23080 Steckschlüsselsatz.

Nüsse von M4 bis M13 samt Verlängerung und qualitativ hochwertiger Ratsche, sowie alle gängigen Bit-Einsätze in einer Box, sind ideal für den Zusammenbau der MPCNC.

Für die Lötarbeiten kann ich den TS 100 Lötkolben wärmstens empfehlen, den ich HIER ausführlich vorgestellt und getestet habe.

Für diverse Bohrlöcher habe ich seit einigen Tagen den Makita DDF-848 Akku-Bohrschrauber – ein absolutes Wahnsinnsteil mit unheimlich Power. Ein ausführlicher Bericht folgt.

In meinem Beitrag „Grundausstattung für Elektronik-Einsteiger“ habe ich euch noch mehr Werkzeug-Tipps zusammengestellt.

Wie geht es weiter?

In den nächsten Tagen werden die restlichen 3D-Druckteile fertig und dann kann es nach Weihnachten an den Aufbau der Eigenbau-CNC-Fräse gehen. Die Steuerung habe ich schon einmal provisorisch aufgebaut, da ich die Ansteuerung mit der CAM-Software ESTLcam testen möchte. Hier war es noch nicht ganz klar, ob man an das MKS Rumba Plus Board einen Werkzeuglängensensor anschließen kann, den ESTLcam später auch versteht.

Außerdem sehe ich mich gerade nach einem geeigneten Lasermodul um, damit ich die MPCNC auch als Lasercutter und Gravierer nutzen kann. Ich werde wohl auf das 5,5 Watt Lasermodul gehen, das auch in den Elekslaser Geräten verbaut wird.

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10 Kommentare zu “MPCNC: Mostly Printed CNC – mein neues DIY-Projekt – Teil 1”

  1. Hallo Markus,

    vielen Dank für deinen ausführlichen Post zur MPCNC. Ich bin mit meinen Planungen allerdings noch mindestens einen Schritt hinter dir…

    Es steht fest, dass ich eine bauen werde und auch die Stückliste steht zum Großteil (deine Infos und Links hier haben sehr geholfen), bei einigen Punkten bin ich mir aber noch nicht ganz sicher.

    Ich tendiere aktuell dazu einen Arduino Uno plus CNC Shield zu nutzen, da ich einem Youtube Video gesehen habe, dass sich damit der Werkzeuglängensensor für Estlcam sehr einfach realisieren realisieren lässt. Da dies für mich das erste Projekt in dieser Richtung sein wird, ist Einfachheit ein wichtiges Kriterium für mich.

    Auch beim Fräser bin ich mir noch nicht sicher. Favorit ist aktuell die Makita (ggf. auch der günstigere Nachbau), wobei mir die Vor- und Nachteile der anderen Möglichkeiten, die ich so gesehen habe (AMB/Kress, Noname China Import, Dewalt,…), noch nicht ganz klar sind. Eine Steuerung der Umdrehungen des Fräsers per Software beispielsweise, wird ja mit einem Fräser ohne entprechende Schnittstelle gar nicht möglich sein.

    Gruß,
    Timo

    P.S. …deinem Vater gute Besserung, drücke euch die Daumen.

    • Irgendwo muss man mal beginnen. Sicher kommt irgendwann noch eine Chinaspindel hinzu. Das mit dem Werkzeuglängensenor wird sich vermutlich auch mit dem Rumba lösen lassen, da es ja alle Pins des Arduino Mega hat.

  2. Hallo,
    du willst ja die Makita RT0700 als Frässpindel verwenden.
    Hast du dazu andere Spannhülsen gefunden?
    Es können ja nicht für alle Fräsvorgänge Fräser mit 6 oder 8mm Schaft gewählt werden. Oft machen Fräser mit kleinen Durchmessern mehr Sinn, um einen kleineren Radius in den Ecken zu bekommen.
    Ich bin nämlich auch gerade dabei, eine MPCNC zu bauen, habe mich aber noch nicht auf eine Spindel festlegen können.

    Freundliche Grüße
    David

  3. Ich bin gespannt und werde es verfolgen 🙂
    ich hoffe das mit dem Laser wird auch hier
    zu sehen sein würde mich auch interessieren.
    Ist auch eine 3D druckfunktion geplant ?

    MfG Nils

    • Da ich ja bereits einen 3D-Drucker habe, ist 3D-Druck bislang nicht geplant. Aber vielleicht kommt ja der Bedarf für Drückteile über 20 cm Breite oder Länge.

      Der Laser kommt sicher ziemlich bald.

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