VoxeLab Aquila S2 3D-Drucker im Test: 150 mm/s dank Vollmetall-Hotend und Direct Drive Extruder

Schnelle Drucke sind mit dem Voxlab Aquila S2 möglich. Ein Direkt-Drive Extruder mit feinem Edelstahlantriebsrad und ein All-Metal-Hotend, erlauben hohe Druckgeschwindigkeiten bei Temperaturen bis zu 300 °C.

Marc Herter, Veröffentlicht am 15.01.2022 🇺🇸 🇳🇱 ...

3D Printing

Voxelab gehört als Marke zu einem der erfolgreichsten 3D-Druckerherstellern. Flashforge stellt bereits seit 2011 3D-Drucker her. Die Drucker der Firma gehören heute zu den besten erhältlichen FDM-Druckern. Mit der Sub-Marke Voxelab sollen günstige und gute 3D-Drucker den Heimanwender-Markt erobern.

Beim Voxelab Aquila S2 werden die wichtigsten Baugruppen einem Update unterzogen, ohne dabei jedoch das wesentliche Design der Vorgänger zu verändern. So sind ein magnetisches Druckbett mit PEI-Beschichtung und eine neue Hot-End-Extruder-Kombination die einzigen sichtbaren Updates im Vergleich zum Vorgänger, dem Aquila X2. Allerdings heben diese beiden Upgrades den günstigen 3D-Drucker auf eine ganz andere Stufe. Dank der Verbesserungen steht so eine sehr lange Liste an druckbaren Materialien zur Verfügung. PETG, PLA, ABS, ASA, Nylon, PAHT und TPU sowie viele andere Kunststoffe lassen sich mit dem 3D-Drucker verarbeiten.

Wie der Longer LK5 Pro setzt der Voxelab Aquila S2 auf ein günstiges Bewegungssystem aus V-Slot-Aluprofilen und Delrin-Führungsrollen.

Technische Daten

Im Vergleich zum Vorgänger dem Aquila X2 wurden die Hotend/Extruder-Kombination und das beheizte Druckbett verändert. Damit steigt die Anzahl an Materialien, die der neue Aquila S2 verarbeiten kann, beachtlich an.

Voxelab Aquila S2
Eingesetzte Technologie	FDM, FFF
Maximales Druckvolumen	220 mm × 220 mm × 240 mm
Aufstellgröße (ohne Kabel)	60 cm (47 cm) × 46 cm × 63 cm
Bewegungssystem	X,Y,Z-Einzelantrieb nach Prusa/Mendel-Typ
Extruder	1 Direct Drive Extruder
Steuerplatine Mikrocontroller	FFP0173 Aquila Main Board V1.0.1 Nation N32G455 (32-bit ARM Cortex-M4 core)
Firmware des Testgerätes	Aquila S2 N32 Firmware V6.1.1 GCode-Kompatibel
Schrittmotortreiber	4 × TMC2208 (verlötet ohne UART)
Anschlüsse	microSD, USB-Typ-micro-B
Steuerung	Bildschirm mit Rotary-Encoder, serielles Interface über USB
Spannungsversorgung	internes 110 V - 240 V zu 24 V Netzteil mit 350 W
Herstellerseite	Voxelab

Aufbau und Einrichtung

Die Anzahl der einzelnen Bauteile im Karton des Voxelab Aquila S2 wirkt im ersten Moment eventuell entmutigend. Mithilfe der bebilderten Anleitung ist der Aufbau dennoch in rund 45 Minuten möglich. Dabei sind Kleinteile wie Schrauben gut sortiert nach Größen verpackt. Das zum Aufbau nötige Werkzeug bringt der 3D-Drucker mit. Im Paket sind außerdem eine Ersatzdüse und eine Nadel zum Reinigen der Filamentdüse enthalten. Auch ein Ersatz für die per doppelseitigen Klebeband befestigten Gummifüße liegt bei. Unserem Testgerät waren weiterhin diverse Filamente zur Probe beigelegt, normalerweise liefert Voxelab nur 50 Gramm PLA mit.

Kabelmanagement

Der Aquila S2 zeigt einen guten Aufbau der Basis. Hier wirkt alles aufgeräumt. Ein Blick unter die Abdeckungen zeigt, dass auch das Kabelmanagement von Voxelab durchdacht ist. Alle Kabel sind gut mit Kabelbindern gesichert und zu mehreren stabilen Kabelbäumen zusammengefasst. Auch die Steckverbindungen sind zudem mit etwas Kleber gesichert, um ein Losrütteln zu verhindern. Einzig das Display-Kabel wirkt etwas verloren. Auf dem Boden schleift es nicht, aber zur Vorsicht könnte man das bunte Kabel noch mit Klebeband am Gehäuse sichern.

Mainboard

Der 3D-Drucker wird in unserem Fall von einem Nation N32G455 gesteuert. Mit dem etwas ungewöhnlichen 32-Bit-Mikrocontroller ist der 3D-Drucker gut gerüstet für schnelle Bewegungen. Dieser hat einen 32-bit ARM Cortex-M4 mit 144 kB SRAM. Der Variablenspeicher reicht somit auch für Mesh-Bed-Leveling und andere erweiterte Features aus, sollte man sich für ein Upgrade der Hard- und Firmware entscheiden. Viele freie GPIO-Pins gibt es aber nicht auf dem Aquila Main Board. Bei unserem Testgerät handelt es sich somit um die N32-Version des Aquila S2. Es gibt auch noch die etwas günstigere H32-Variante mit einem anderen Mikrocontroller.

Obwohl der Mikrocontroller nicht offiziell von Marlin und anderen Open-Source-Firmwares unterstützt wird, sind doch einige Versionen für die Aquila 3D-Drucker verfügbar. So gibt es etwa eine Marlin-Version von alexqzd auf Github, die interessante Features bietet. Die originale Firmware von Voxelab ist jedoch grundsätzlich ausreichend.

Rahmen

V-Slot-Aluminiumprofile und Laufrollen aus Delrin sind von vielen günstigen 3D-Druckern bekannt. Der Aquila S2 ist damit steif genug um gute Druckergebnisse zu garantieren. Abdeckungen umschließen die Umlenkrollen und schützen so vor Verletzungen. Alle Schnitte an den Profilen sind Rechtwinklig, womit auch der aufgebaute Drucker winklig ist.

Einzig die Riemenspanner aus Plastik wirken nicht so stabil wie der Rest des Druckers. Auch der Z-Motor besitzt eine Halterung aus Plastik. Da der Schrittmotor der z-Achse jedoch auf den 4×4-Profil der Basis aufliegt, ist diese ausreichend.

Steuerung

Die Steuerung des Voxelab Aquila S2 erfolgt per USB-Kabel oder über den großen Bildschirm auf der rechten Seite. Per Drehencoder können viele Parameter des Druckers eingestellt oder verändert werden. Auch die Werte für maximale Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck (Jerk) können über den Bildschirm manipuliert werden. Genauso lassen sich die voreingestellten Werte für das Aufheizen anpassen. Eine Hilfe für das Einstellen des Druckbetts sucht man beim Aquila S2 aber vergeblich. Der große Bildschirm ist gut ablesbar und auch die Helligkeit der Anzeige mehr als ausreichend.

GCode-Datein für den Drucker können per microSD Karte bereitgestellt werden. Dafür muss die SD-Karte an einen Computer angeschlossen werden. Eine 8 GB große microSD-Karte sowie ein passender USB-Adapter lagen dem Drucker bei.

Leistung

Druckbett

Auf bis zu 140 °C kann das beheizte Druckbett des Voxelab Aquila S2 aufgeheizt werden. Die PEI-beschichtete Federstahlplatte hält mittels einer Magnetfolie auf der beheizten Aluminiumplatte. Die PEI-Beschichtung sorgt für eine gute Haftung am Druckbett, solange dieses auf der richtigen Temperatur ist. Nach Abschluss der Fertigung lässt sich das gedruckte Objekt trotzdem leicht entfernen. Die Federstahlplatte hat eine spiegelglatte und eine aufgeraute Seite. Somit kann die Unterseite des Druckes rau oder glatt sein.

Die Aufheizzeit von 25 °C auf 60 °C betrug im Test nur 2:55 Minuten. Von 25 °C auf 110 °C benötigt das Druckbett jedoch mindestens 11 Minuten. Das Druckbett ist mit 235 × 235 mm etwas größer als der Druckbereich. Somit stört es nicht, dass die Temperatur an den Rändern etwas abnimmt. Bei eingestellten 60 °C erreichte das Druckbett in der Mitte 58,4 °C. Im Druckbereich lag die Temperaturabweichung dabei maximal bei 3 °C.

Die Höheneinstellung des Druckbettes erfolgt über vier große Stellmuttern. Leider gibt es in der Firmware keine Hilfe zum Bed-Leveling, sodass man hier zunächst den Aquila zur Homing-Position fahren lassen muss, um anschließend die Motoren zu deaktivieren. Dann können Druckbett und Druckkopf manuell bewegt werden, um das Druckbett entsprechend einzustellen.

Wie üblich für magnetische Druckplatten ist das beheizte Druckbett des Aquila S2 nicht ganz so flach wie ein Glasbett. Wir messen bei unserem Testgerät zu den Rändern einen Höhenunterschied von 0,07 mm in der Mitte des Druckbetts. Leider verfügt der 3D-Drucker mit seiner aktuellen Firmeware-Version nicht über ein Mesh-Bed-Leveling, sodass man dies nur über den Slicer oder Versatzeinstellungen ausgleichen kann.

Allerdings ist der Höhenunterschied auch mit der vorliegenden Konfiguration erträglich. Probleme bei der Druckbetthaftung oder mit starker Überextrusion traten im Test nicht auf.

Hotend und Extruder

Hotend und Extruder werden beim Voxelab Aquila S2 in einem durchdachten Druckkopf vereinigt. Das Vollmetall-Hotend kann auf bis zu 300 °C aufgeheizt werden. So lassen sich sehr viele verschiedene Materialien verarbeiten. Der Heizblock wird hier mit Keramikwolle und Kapton-Band isoliert. Somit sind Wärmeisolierung und Temperaturbeständigkeit hier besser als bei einer Silikonsocke.

Das Antriebsrad des Extruders sitzt nur ungefähr 7 cm über der Düse. Durch den kurzen Weg lassen sich auch flexible Filamente verarbeiten. Ein Radiallüfter sorgt für eine einwandfreie Kühlung des extrudierten Materials. Sofern man es wünscht, könnte die rote Düse hier auch durch eigene Designs ersetzt werden.

Extruder und Hotend des Voxelab Aquila S2 sind kraftvoll. Im Extrusionstest mit unterschiedlich hohen Vorschubraten bleibt die extrudierte Plastikmenge bis zu 20 mm³/s relativ stabil. Für den ersten Test wurde PLA-Filament von Anycubic verwendet. Rein rechnerisch ergeben sich daraus mögliche Druckgeschwindigkeiten von bis zu 230 mm/s (bei einer Extrusionsbreite von 0,42 mm und einer Schichthöhe von 0,2 mm). In der Praxis begrenzen die Bewegungsmöglichkeiten des Druckers die maximale Druckgeschwindigkeit auf ca. 150 mm/s, solange man keine hohe Qualität erwartet. In unserem Praxistest ergaben sich bis zu dieser Geschwindigkeit keine Extrusionsprobleme. Allerdings wird diese Geschwindigkeit durch die Beschleunigungseinstellungen des Druckers auch nur auf gut 70 mm der 160 mm langen Geraden erreicht.

Hinweis: Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten während der Beschleunigungsphasen ergeben sich auch die Beulen in den dünnen Wänden des Praxistests. Dieses Verhalten kann unter anderem mit Linear-Advance-Einstellungen behoben werden. Normalerweise werden diese Art von Beulen auch durch das Infill, also die Füllung von 3D-gedruckten Objekten verhindert.

Druckqualität

Wir meinen, 3D-Drucker sollten ab Werk gut funktionieren und eine hohe Druckqualität aufweisen. Daher wurden die GCodes für die Testausdrucke mit dem von Voxelab bereitgestellten Cura-Profil erstellt, welches sich auf der mitgelieferten SD-Karte befand. Hier wurde die Druckgeschwindigkeit von 50 auf 60 mm/s angehoben. Außerdem wurden der Druck von dünnen Wänden und die Brückenerkennung in Ultimaker Cura 4.11.0 aktiviert.

Für den Test verwendeten wir erstmals unser eigens erstelltes Testmodell. In den zwölf Sektoren des Modells untersuchen wir unterschiedliche Qualitätsmerkmale. So wird mit dem Modell die Genauigkeit von Bewegungen und Extrusionen erfasst, die Fähigkeiten zur Erstellung von Überhängen und Brücken gemessen und zwei bewegliche Teile helfen dabei, die Toleranzen des Druckers zu erfassen.

Alle Bereiche des Testdrucks wurden mit einer Tolleranz von ±0,3 mm maßhaltig erstellt. Die Druckbetthaftung des Aquila S2 war in Kombination mit dem verwendeten PLA-Filament gut, es kam nur zu einer kleinen Ablösung der vorderen rechten Ecke.

Auffällig gut wurden auch Überhänge und Brücken fabriziert. Erst bei Überhängen von 70° entstehen leichte Ungenauigkeiten. Die kleine Vase zeigt, dass Überhänge in allen Richtungen konstant hergestellt werden, obwohl der Lüfter nur in eine Richtung bläst. Die kleinen Nadeln neben der Vase testen die Einstellungen für das Zurückziehen von Filament nach kleinen Extrusionen. Hier könnten Anpassungen im Cura-Profil bessere Ergebnisse erzielen. Bis dahin muss man beim Aquila S2 mit Fäden (Stringing) und kleinen Plastikblasen (Blobs) rechnen. Über das ganze Testobjekt hinweg wird an den Nahtstellen deutlich, dass die Retraktion-Settings verbesserungswürdig sind. Diese Einstellungen sind jedoch auch Materialabhängig. Andere Filamente könnten bessere Ergebnisse liefern.

Die Genauigkeit der Extrusionen ist sonst gut. Dünne Wände und kleine Objekte werden mit einer Toleranz von +0,02 mm erstellt. Auch rechteckige und runde Löcher zeigen hohe Qualität. Bei Deckenfüllschichten fallen jedoch an zwei Stellen Fehler auf. An der Kugel und am schrägen Brückentest wird die Deckenfüllschicht nicht ganz an die Objektwand extrudiert. Auch dieser Fehler lässt sich mit den richtigen Einstellungen im Slicer beheben.

Bei den Print-in-Place-Tests sind beide Objekte beweglich erstellt worden. Somit kann der Drucker Objekte mit einem Abstand von nur 0,3 mm getrennt voneinander erstellen.

Insgesamt erzeugt der Voxelab Aquila S2 befriedigende Ergebnisse mit dem Cura-Profil des Herstellers. Mit kleinen Anpassungen lassen sich hier sicher auch gute bis sehr gute Ergebnisse realisieren.

Sicherheit

Der originale Voxelab Aquila schlug in der 3D-Druck-Community hohe Wellen, da die Schutzabschaltung bei Fehlern in der Temperatursteuerung von Hotend und Druckbett nicht funktionierte. Dieses brandgefährliche Verhalten zeigt unser Testgerät mit dem Nation N32G455 und der Aquila-6.1.1-Firmware nicht. Sowohl bei Kurzschluss der Thermistoren als auch bei anderen Manipulationen am Aufheizvorgang mit kalten Lappen oder Lötkolben schalteten die Heizelemente sicher ab.

Wir empfehlen trotzdem die Schutzabschaltung zu überprüfen. Dazu kann etwa die Messingdüse beim Aufheizen mit einem feuchten Lappen bei 60 °C gehalten werden. Nach kurzer Zeit sollte ein Warnton erklingen und die Düse sollte sich anschließend abkühlen.

Emissionen

Bei den ersten paar Druckvorgängen verbreitet der 3D-Drucker einen starken Plastikgeruch. Dieser stammt von der magnetischen Folie, die das Druckbett hält und verschwindet erst nach einigen Aufheizvorgängen. Je nach verwendetem Filament werden auch dessen Gerüche im Raum verbreitet.

Bei der Lautstärke stört vordergründig der Radiallüfter zur Objektkühlung. Dieser übertönt ab halber Drehzahl alle anderen Komponenten. Solange der Objektlüfter mit moderaten Drehzahlen läuft, liegt der 3D-Drucker auf einem geringen Lautstärkepegel. Der Lüfter des Netzteils arbeitet durchgehend, ist aber erträglich.

Die TMC2208 Treiber verrichten auch hier ihren leisen Dienst. Je nach Geschwindigkeit scheinen die Schrittmotortreiber zwischen SpreadCycle und StealthChop zu wechseln. Damit sind die Bewegungen relativ leise.

Fazit

Voxlab Aquila S2 zur Verfügung gestellt von Voxelab

Beim Auqila S2 handelt es sich um einen mehr als nur soliden 3D-Drucker, der ab Werk gute Ergebnisse liefert. An der Hardware lassen sich, wenn überhaupt, nur kleine Kritikpunkte finden. Bei der von Voxelab bereitgestellten Firmware fehlen hingegen einige Features wie ein Assistent zum Bed-Leveling und manuelles Mesh-Bed-Leveling. Die Firmware ist aber auch ihren Kinderkrankheiten entwachsen und liefert nun eine funktionierende Schutzabschaltung bei Fehlern der Temperatursteuerung.

Überraschend gute Ergebnisse liefern primär Hotend und Direct-Drive-Extruder. Hier liegt der größte Pluspunkt des Aquila S2. Mit den hohen Temperaturen, die das Hotend erreichen kann, können sehr viele verschiedene Materialien verarbeitet werden. Selbst PAHT-Filament konnte der Druckkopf problemfrei verarbeiten. Der Hochtemperaturfeste Kunststoff schmilzt erst bei 270 °C.

Mit den Upgrades von Hot-End, Extruder und beheiztem Druckbett ist der Voxelab Aquila S2 ein hochwertiger 3D-Drucker mit guter Leistung.

Das magnetisch befestigte Druckbett hat dank der PEI-Beschichtung eine einwandfreie Haftung. Da man es nach dem Druck abnehmen kann, verkürzt sich die Zeit zwischen zwei Drucken enorm, wenn nötig. Insgesamt wirkt der Voxelab Aquila S2 gut verarbeitet. Beim Kabelmanagement und der allgemeinen Qualität gibt es kaum Abstriche. Käufer dürfen einen ausgewogenen 3D-Drucker mit einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis erwarten.