Rezension: Markforged Mark Two

3D Printing Industry testet den Markforged Mark Two 3D-Drucker.

Markforged mit Sitz in Watertown, Massachusetts, wurde 2013 gegründet und ist in der 3D-Druck-Community für sein ständig wachsendes Portfolio an leistungsstarken FFF-3D-Druckern bekannt. Die beeindruckende Produktpalette des Unternehmens umfasst die bahnbrechende Metal X, industrielle Kohlefasersysteme wie die FX20 und X7 sowie Desktop-Verbundmaschinen wie die Onyx One und Onyx Pro.

Der Flaggschiff-Desktop-Komposit-3D-Drucker von Markforged ist der Dual-Extrusions-Mark Two. Das auf der Continuous Fiber Reinforcement (CFR)-Technologie des Unternehmens basierende System zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, Endlosfaserverstärkungen in Polymerteile zu integrieren, was zu Konstruktionen führt, die stärker und stoßfester sind als herkömmliche FFF.

Der Mark Two richtet sich in erster Linie an Ingenieure und produzierende Unternehmen und kostet stolze 19.990 US-Dollar. Wir werden aber bald sehen, wie viel Sie für dieses Geld bekommen.

Trägt das Markforged-Banner

In der Box finden Sie alles, was Sie für Ihre Reise in den 3D-Druck von Verbundwerkstoffen benötigen. Das schlüsselfertige Paket umfasst den Drucker selbst, einen Satz Handwerkzeuge, eine Filament-Aufbewahrungsbox, eine Spule Onyx-Filament (PA6-CF) und fünf zusätzliche Spulen Faserverstärkungsfilamente: 2x Kohlefaser, 1x Glasfaser, 1x High Strength High Temperaturfaser und 1x Kevlar.

Beim Auspacken des Systems wird mehr als deutlich, wie viel Aufwand in die Verarbeitungsqualität des Mark Two gesteckt wurde. Das schlanke Aluminiumgehäuse ist minimalistisch, wirkt äußerst robust und sieht einfach wie ein Premium-Gerät aus. Mit einem Gewicht von nur 16 kg sind wir der Meinung, dass das System eine tolle optische Bereicherung für jede Werkbank darstellt. Dies ist die Art von Handwerkskunst, die wir von einem an der NYSE notierten Hersteller von 3D-Druckern erwarten.

Beim Blick ins Innere sehen wir, dass der Drucker auf dem T-Belt-Achsensystem basiert, einer Konfiguration, die exklusiv von Markforged entwickelt und verwendet wird. Im Vergleich zu einem kartesischen Standardaufbau ist das System stabiler, schneller und genauer. Insbesondere ist die Riemenkonfiguration speziell darauf ausgelegt, das Drehmoment auf das Portal zu minimieren und dennoch eine schnelle Druckkopfbewegung zu ermöglichen. Die linearen Schienen sind präzise gefertigt, um die Genauigkeit zu maximieren.

Der Mark Two verfügt über ein Bauvolumen von bis zu 320 x 152 x 154 mm, was keineswegs groß ist, aber ausreichend Arbeitsfläche für die meisten mittelgroßen Teileanwendungen bietet. Obwohl das Bett nicht beheizt ist, ist der Rahmen vollständig umschlossen, um sicherzustellen, dass die Kammer immer wärmer ist als die Umgebungsbedingungen außerhalb des Druckers. Dies ist für Filamente mit höheren Temperaturen wie Nylon von entscheidender Bedeutung, da es dabei hilft, Delaminierungs- und Verformungsprobleme zu vermeiden, die auftreten, wenn ein Teil aufgrund des kalten Luftstroms schrumpft. Als Bonus ist das magnetische Druckbett auch abnehmbar, was die Rückgewinnung von Teilen einfach und unkompliziert macht.

Was die Extrusionsfähigkeiten des Druckers betrifft, verfügt der Mark Two über einen einzelnen Druckkopf, in dem sich eine Doppeldüsenbaugruppe befindet. Im Vergleich zu einer IDEX-Konfiguration ist der Standard-Dual-Extruder schwerer und auf der X-Achse weniger genau, aber leichter und auf der Y-Achse genauer.

Die maximale Hotend-Temperatur liegt bei starken 300 °C, sodass das Gerät mit Onyx-Filament und Endlosfaserverstärkung aus Nylon, Kohlefaser, Glasfaser, Kevlar und HSHT-Glasfaser drucken kann. Beide Düsen werden durch Bowden-Extrusionssysteme und nicht durch direkt angetriebene Extruder unterstützt, aber Markforged war dennoch in der Lage, flexibles TPU-Filament mit großer Wiederholgenauigkeit in einer Forschungs- und Entwicklungsumgebung zu drucken.

Ein angenehmer 3D-Druck-Workflow

Was die Lebensqualität betrifft, verfügt der Mark Two über einen 4-Zoll-Vollfarb-Touchscreen mit einer übersichtlichen und raffinierten Benutzeroberfläche. Das Kontrollzentrum unterstützt mehrere Sprachoptionen und ermöglicht es Benutzern, das Bett zu kalibrieren, Filamente zu laden sowie zu starten und zu stoppen Druckaufträge. Markforged hat sich für eine Linux-basierte Schnittstelle entschieden, die unserer Meinung nach extrem flüssig und verzögerungsfrei ist, ein großer Gewinn. Selbstverständlich haben Benutzer zu diesem Preis auch Zugriff auf Wi-Fi-Konnektivität.

Ein bemerkenswertes Merkmal des Mark Two ist der im System enthaltene externe Spulenhalter. Bei dem Gerät handelt es sich um eine einfache, aktentaschenähnliche Trockenbox, die jedoch gut funktioniert, um das aktive Filament in einer feuchtigkeitsfreien Umgebung aufzubewahren und so eine sichere Langzeitlagerung für eine optimale Filamentleistung zu gewährleisten.

Beim Markforged gibt es nur eine Methode zum Nivellieren des Druckbetts, und diese erfolgt vollständig manuell, da keine Sensoren in den Druckkopf integriert sind. Der Ansatz ist ziemlich einfach: Das Gerät platziert den Druckkopf an drei verschiedenen Punkten auf dem Druckbett und fordert den Benutzer auf, die Höhe des Betts mithilfe der drei Rändelschrauben darunter anzupassen. Obwohl wir uns eine vollständig automatisierte Methode gewünscht hätten, dauert die aktuelle Implementierung nur etwa zehn Minuten und wird von Anfang bis Ende geführt, sodass es hier keine größeren Beschwerden gibt.

Eiger-Slicing-Software

Wie viele Hersteller von 3D-Druckern bietet Markforged eine eigene Slicing-Software für die Verwendung mit dem Mark Two: Eiger an. Mit einem einfachen Schwarz-Grau-Farbschema funktioniert das Programm ganz ähnlich wie jeder andere FFF-Slicer mit grundlegenden und benutzerfreundlichen Modellmanipulationsfunktionen. Auch die Benutzeroberfläche ist übersichtlich und verfeinert mit einer Druckzusammenfassung auf der linken Seite, dem virtuellen Arbeitsbereich in der Mitte und einigen veränderbaren Parametern auf der rechten Seite.

Ein auffälliges Merkmal von Eiger ist das Maß an Handhaltung, das Markforged implementiert hat. Mit der Software können Benutzer nur die grundlegendsten Druckeinstellungen ändern, sodass nur sehr wenig Spielraum für menschliches Versagen bleibt. Auch wenn einige Benutzer den Zugriff auf den gesamten Einstellungsbereich bevorzugen, ist dies dennoch ein Pluspunkt, da die voreingestellten Slicing-Algorithmen äußerst effektiv bei der Bereitstellung erfolgreicher Druckaufträge sind. Zu den anpassbaren Parametern gehören Materialauswahl, Schichthöhe, Füllmuster, Fülldichte und Wandstärke.

Natürlich ermöglicht Eiger den Benutzern auch, die Faserverstärkungen ihrer Konstruktionen mit Optionen für Faserfülltyp, Faserposition, Faserwinkel und mehr zu ändern. Alles in allem ist der Arbeitsablauf so rationalisiert, dass jeder ihn erlernen kann, bietet aber auch genügend Tiefe, um das Ergebnis eines Druckauftrags ausreichend kontrollieren zu können.

Was die technische Leistung betrifft, sind wir beim Testen des Slicers insgesamt auf null Fehler gestoßen und können mit Freude berichten, dass der Wechsel zwischen den verschiedenen Menüs blitzschnell vonstatten geht. Letztendlich ist Eiger wahrscheinlich einer der stärkeren Slicer, die wir je verwenden durften, was von einem Unternehmen wie Markforged zu erwarten ist.

Benchmarking des Mark Two: 79/100

Wie hat sich der 3D-Drucker Markforged Mark Two in unseren Benchmarking-Tests geschlagen? Wir beginnen mit dem in Onyx gedruckten Benchmarking-Modell der 3D-Druckindustrie, das viele unserer kleineren Drucktests in einem umfassenden Teil zusammenfasst. Wir weisen jedem einzelnen Abschnitt eine gewichtete Bewertung zu, die auf Faktoren wie Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität und strukturelle Integrität basiert. Der Mark Two erhielt in der 3D-Druckbranche eine Gesamtbewertung von79/100– Ein guter professioneller 3D-Drucker ist 60+.

Insgesamt war das Benchmarking-Modell auf jeden Fall beeindruckend. Erstens dient der Überhangteil des Tests dazu, die Winkel zu bestimmen, in denen das System ohne den Einsatz von Stützstrukturen drucken kann. Der Mark Two schaffte es problemlos, bis zu 60° zu drucken, was für ein Verbundfilament ein phänomenales Ergebnis ist.

Ebenso soll der Bridging-Test die horizontale Druckfähigkeit eines Systems ermitteln. Der Mark Two hat es geschafft, die Brückenlänge von 20 mm erfolgreich zu erreichen, was ein respektables Ergebnis ist, insbesondere angesichts der schwierigen Verarbeitung von Onyx.

Abschließend werfen wir einen Blick auf den Rückzugstest, der uns eine qualitative Methode zur Bewertung der Extruderfähigkeiten des 3D-Druckers bietet. Hier gab es beim Mark Two einen kleinen Fehler, da das gedruckte Spike-Array unter erheblichen Artefakten und kurzen Spike-Längen litt. Dies ist wiederum zu einem großen Teil auf die Komplexität der Verarbeitung von Verbundfilamenten zurückzuführen, insbesondere wenn es um dünne und feine Strukturen wie Spikes geht.

Zugfestigkeitsprüfungen

Was nützt ein Verbund-3D-Drucker, wenn er keine hochfesten Teile herstellen kann? Um die Auswirkungen der Endlosfaserverstärkungen des Mark Two zu bewerten, haben wir die Maschine mit einer Reihe von Zugtests gemäß der Norm ISO 527-2 auf Herz und Nieren geprüft. Die Tests wurden von unseren Ingenieuren in der Abteilung für Mechanik und Technologie der Université de Rennes 1 in Frankreich durchgeführt.

Wir haben insgesamt zehn Dogbone-Verbundproben mit Onyx-Filament 3D-gedruckt, jedes mit seinem eigenen, einzigartigen Faserverstärkungsprofil. Anschließend wurden die Proben auf einer Lloyd LR50K-Zugprüfmaschine getestet, die eine Zugkraft von bis zu 50 kN erreichen kann:

– Keine Fasern: Keine durchgehenden Faserverstärkungen

– CF1ISO: Fünf isotrope Kohlefaserschichten

– CF2ISO: Zehn isotrope Kohlefaserschichten

– CF2CON: Zehn konzentrische Kohlefaserschichten

– FG1ISO: Fünf isotrope Glasfaserschichten

– FG2ISO: Zehn isotrope Glasfaserschichten

– HT1ISO: Fünf isotrope HSHT-Glasfaserschichten

– HT2ISO: Zehn isotrope HSHT-Glasfaserschichten

– KV1ISO: Fünf isotrope Kevlar-Schichten

– KV2ISO: Zehn isotrope Kevlar-Schichten

Ein Blick auf die Ergebnisse zeigt, dass die größte Zugfestigkeitssteigerung durch zehn Lagen isotroper Kohlefaserverstärkungen (CF2ISO) erzielt wurde. Die unverstärkte Probe (keine Faser) brach, als die ausgeübte Kraft 867,54 N erreichte, während CF2ISO brach, als die ausgeübte Kraft 5333,56 N erreichte – eine 6,15-fache Steigerung der Festigkeit.

Interessant ist auch, dass dieselbe Probe (CF2ISO) den größten Anstieg des Young-Moduls (E) ergab, einem Maß für die Zugsteifigkeit. Ein höherer E-Wert entspricht einem steiferen Material, das sich unter elastischen Belastungen weniger verformt, wohingegen ein niedrigerer E bedeutet, dass ein Material unter Belastung elastischer und flexibler ist. Die unverstärkte Probe bot nur einen E-Wert von 0,131 GPa, während zehn Schichten isotroper Kohlefaser 3,112 GPa lieferten: eine 23,8-fache Verbesserung der Steifigkeit.

Abschließend betrachten wir die Bruchdehnung, die ein Maß für die Duktilität ist. Die Messung gibt an, um wie viel Prozent der ursprünglichen Länge eine Probe gedehnt werden kann, bevor sie bricht. Der unverstärkte Dogbone war mit 15,6 % am duktilsten, während sich der mit zehn konzentrischen Kohlenstofffaserschichten (CF2CON) verstärkte Teil mit 2,8 % als am wenigsten duktil erwies.

Kreisbahntest

Anschließend haben wir eine Reihe kreisförmiger Flugbahntests in 3D gedruckt, um das Wiederholbarkeitsprofil des Mark Two zu bewerten. Durch die Untersuchung der Normalverteilung der Durchmesser der konzentrischen Kreise können wir sagen, dass der Drucker eine ausreichende Wiederholgenauigkeit bietet, wenn die durchschnittliche Ungenauigkeit unter 0,1 mm und die Standardabweichung unter 0,05 mm liegt. Unsere Messgeräte haben eine Genauigkeit von ±0,015 mm.

Das System zeigte hier eine ordentliche Wiederholgenauigkeit mit einer durchschnittlichen Ungenauigkeit von 0,1004 mm für die X-Achse und 0,2082 mm für die Y-Achse, was einem Durchschnitt von 0,1543 mm für alle Achsen entspricht. Obwohl der Mittelwert etwas hoch ist, lag die durchschnittliche Standardabweichung bei nur 0,0193 mm, was weitaus besser ist als bei der überwiegenden Mehrheit der 3D-Drucker, die wir jemals getestet haben.

Hierbei ist zu beachten, dass die X-Achse wesentlich präziser ist als die Y-Achse, da erstere von zwei Schrittmotoren angetrieben wird, während letztere nur von einem angetrieben wird. Daher empfehlen wir das Drucken entlang der X-Achse, wenn die Teileanforderungen enge Toleranzen erfordern. Es ist auch klar, dass das Markforged umso ungenauer ist, je größer die Abmessungen (je größer die Kreise) sind.

Nachfolgend finden Sie die Glockenkurven für die besten und schlechtesten Kreise im Test – Kreis eins für die X-Achse und Kreis drei für die Y-Achse. Im besten Fall liegen 99,6 % der von diesem 3D-Drucker hergestellten 20-mm-Kreise zwischen 19,95 mm und 20,01 mm. Im schlimmsten Fall sind 99,6 % der von diesem 3D-Drucker hergestellten 100-mm-Kreise zwischen 99,67 mm und 99,78 mm groß.

Praxisnahe Anwendungstests

Wir haben unsere Tests mit drei Sätzen realer Anwendungen abgeschlossen, die ein typischer Markforged-Benutzer täglich in 3D drucken könnte. Der erste Satz bestand aus vier Bausätzen, die jeweils aus mit Kohlefaser verstärktem Onyx hergestellt wurden: einem Motorradbremshebel, einer Backe für eine Zugprüfmaschine, Stopfen und Flossen für ein Surfbrett sowie einer Ausrüstung.

Der Mark Two meisterte alle Carbonfaser-Drucktests gelinde gesagt hervorragend, denn die Oberflächenqualität aller vier Drucke war ausgezeichnet und es gab deutlich keine Mängel. Der Bremshebel und die Backe waren nahezu makellos und erforderten keine Nachbearbeitung – sie konnten durchaus als Endteile für ihre jeweiligen Anwendungen verwendet werden.

Bemerkenswert war auch die hohe Festigkeit der Surfbrettflossen, denn wenn sie tatsächlich in ein Surfbrett integriert würden, müssten sie hohen Belastungen standhalten. Wir haben es immer wieder versucht, sind aber nicht einmal annähernd zum Reißen gekommen, was ein Beweis für die Leistungsverbesserungen ist, die durch Endlosfaserverstärkungen möglich sind. Ebenso war die 3D-gedruckte Ausrüstung äußerst erfolgreich und könnte sicherlich als Teil einer größeren dynamischen Baugruppe verwendet werden.

Der nächste Teilesatz wurde aus mit Kevlar-Fasern verstärktem Onyx gedruckt: eine Markforged-Markenhülle und eine iPhone-Hülle. Kevlar wird häufig in kugelsicheren Schutzwesten verwendet und ist eine hervorragende Möglichkeit, ein Teil schlagfester zu machen.

Beide Gehäuse wurden erfolgreich mit unglaublicher Oberflächenqualität und struktureller Integrität bedruckt. Im Fall der überentwickelten iPhone-Hülle hielten wir das Material für viel zu steif, um seinen Zweck tatsächlich zu erfüllen, aber es stellt dennoch einen fantastischen Proof-of-Concept dar, um die Fähigkeiten des Mark Two zu demonstrieren.

Schließlich haben wir eine Spritzgussform aus Onyx, verstärkt mit HSHT-Fasern, in 3D gedruckt. Obwohl HSHT nicht so stark oder steif wie Kohlefaser ist, kann es eine Komponente sowohl gegen niedrige als auch gegen hohe Temperaturen beständig machen. Daher eignet es sich am besten für Teile, die unter extremen Bedingungen verwendet werden, wie z. B. Formen und Autoklaven.

Unser abschließender Drucktest erforderte eine völlig andere Verstärkungsstrategie als die übrigen Teile. Das Ziel bestand nicht darin, die Form stärker, sondern steifer zu machen, damit sie sich bei hohen Temperaturen weniger verformt. Daher haben wir die HSHT-Fasern im konzentrischen Modus statt im isotropen Modus integriert, was es ermöglichte, alle Konturen zu verstärken, die am anfälligsten für hitzebedingte Verformungen wären. Es ist nicht übertrieben zu sagen, dass die Form perfekt gelungen ist – ein starkes Finish für das Markforged.

Das Urteil

Markforged hat mit dem Mark Two etwas ganz Besonderes gemacht. Der 3D-Drucker bietet mit seinem robusten Satz gut gestalteter mechanischer Komponenten, seiner hervorragenden Leistung und seiner eleganten Ästhetik nahezu alles, was Sie sich von einem Desktop-Verbundsystem wünschen können.

Um die Hardware zu ergänzen, hat Markforged den Eiger-Slicer so gestaltet, dass er unabhängig vom Erfahrungsniveau des Benutzers so zugänglich wie möglich ist. Das Programm wurde sorgfältig entwickelt, um den 3D-Druck-Workflow für Verbundwerkstoffe stressfrei zu gestalten und sicherzustellen, dass Benutzer vom Entwurf bis zur Produktion übergehen können, ohne sich mit technischen Details befassen zu müssen. Die einzige wirkliche Möglichkeit, Eiger zu verbessern, besteht darin, den Benutzern die Möglichkeit zu geben, auf den gesamten Bereich der Druckparameter zuzugreifen, da dies in bestimmten Grenzfällen nützlich sein könnte.

Was die Druckleistung angeht, glänzt der Mark Two absolut. Obwohl die Präzision bei den größeren Teilen nachgelassen hat, kommt es nicht oft vor, dass wir auf einen 3D-Drucker stoßen, der keinen einzigen unserer Drucktests durchfällt, die Maschine aber jeden einzelnen Test mit Bravour bestanden hat. Dazu gehören unser Benchmarking-Modell und eine Vielzahl realer Anwendungstests. Die Oberflächenqualität ist insgesamt bemerkenswert und die Endlosfaserverstärkungen sind in puncto mechanischer Belastbarkeit ein echter Hingucker, wie die Zugfestigkeitsergebnisse belegen.

Letztendlich hat sich das Markforged-System als Spitzenkandidat im Verbundwerkstoffbereich erwiesen – die Maschine ist eine gute Wahl für alle, die eine zuverlässige Methode zum Drucken endlosfaserverstärkter Teile suchen. Wenn Sie 19.990 US-Dollar für ein leistungsfähiges Teil des Kits ausgeben müssen, empfehlen wir Ihnen dringend den Mark Two.

Technische Spezifikationen

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Das abgebildete Bild zeigt den Markforged Mark Two. Foto von 3D Printing Industry.

Kubi Sertoglu hat einen Abschluss in Maschinenbau und verbindet eine Affinität zum Schreiben mit einem technischen Hintergrund, um die neuesten Nachrichten und Rezensionen zur additiven Fertigung zu liefern.