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Eine Frage die ich von Zeit zu Zeit immer wieder einmal gestellt bekomme und mir auch gelegentlich selbst stelle ist, wie viel Strom so ein 3D Drucker eigentlich verbraucht. Im ersten Moment möchte man meinen, dass 3D Drucker einen sehr hohen Stromverbrauch haben. Das Ergebnis meines Tests hat mich ehrlich gesagt doch sehr überrascht.
Wie viel Strom verbraucht ein 3D Drucker? Der Stromverbrauch eines kleineren 3D Druckers ist verhältnismäßig gering. Für den Testdruck eines Benchys über ca. 1 Std. 30 Min. wurden durchschnittlich 0,12 kWh gemessen. Dies entspricht bei einem Strompreis von € 0,0637/kWh Kosten von weniger als € 0,01/Std.
Auf die Details des Tests und darauf, wo dieses Ergebnis im Vergleich zu anderen Haushaltsgeräten steht, gehe ich im weiteren Verlauf des Artikels ein.
Wie hoch ist der Stromverbrauch eines 3D Druckers?
Um eine Antwort mit höherer Aussagekraft auf diese Frage zu erhalten, habe ich den Test mit einem neueren und einem älteren Drucker durchgeführt. Folgende Drucker habe ich für den Test verwendet:
- ein Prusa Mini (Baujahr 2020)
- ein Flashforge Dreamer (Baujahr 2017).
Als Testobjekt habe ich auf das im 3D Druckbereich gängige Benchmark Modell Benchy zurückgegriffen und mit folgenden Parametern für den Druck aufbereitet:
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Schichthöhe | 0,2 mm |
| Füllgrad | 15 % |
| Druckbett | 60 °C |
| Düse | 210 °C |
| Netzteil (Prusa Mini / Flashforge Dreamer) | 160 W / 350 W |
| Filament | 3DEE PLA V80 blue |
Abgesehen von den genannten Parametern habe ich auch sonst darauf geachtet, dass Geschwindigkeiten, etc. soweit möglich weitestgehend identisch waren. Da der Flashforge Dreamer ein Drucker mit Gehäuse ist, habe ich den Prusa Mini aufgrund seiner offenen Bauweise in ein separates Gehäuse gestellt.
Die Messung habe ich mit einer Schalt-Mess-Steckdose meines Homematic IP Smarthome Systems durchgeführt. Da diese Schalt-Mess-Steckdose leider keine grafische Aufzeichnung auf Basis eines Charts oder ähnlichem bietet, habe ich die Werte und das Verhalten basierend auf einem Screenrecording meines Smartphones analysiert.
| Vorgang | Prusa Mini | Flashforge Dreamer |
|---|---|---|
| Druckdauer | 1 Std. 32 Min. | 1 Std. 25 Min. |
| Gesamtverbrauch | 0,11 kWh | 0,14 kWh |
| Leistungsaufnahme Leerlauf | ~3 W | ~ 5,5 W |
| Leistungsaufnahme Aufheizen Bett | <= 170 °C ~153 W > 170 °C 120 W | <= 240 – 250 W |
| Leistungsaufnahme Aufheizen Düse | Bett und Düse heizen gemeinsam | <= 120 °C 285 W > 120 °C 70 W |
| Dauer Aufheizen | 5 Minuten mit Druckbett-kalibrierung | 4 Min ohne Druckbett-kalibrierung |
| Erster Layer | 120 W | 60 W |
| Niedrigster Wert während d. Drucks | 68,8 W | 55 W |
| Höchster Wert während des Drucks | 120 W | 285 W |
Wie zu erwarten, war der Stromverbrauch des neueren Prusa Mini in Summe unterhalb des Verbrauchs des älteren Flashforge Dreamers. Die Spitzenwerte des Dreamers lagen mit 285 W Teils weit über jenen des Prusas, was aber auch an der 160 W Limitierung des Netzteils liegt. Interessanterweise wurde beim Dreamer aber auch der niedrigste Wert mit 55 W gemessen.
Auffällig war, dass beim Dreamer, immer wenn während des Druckens das Druckbett geheizt werden musste, der Messwert bei ca. 285 W lag. Musste das Bett nicht geheizt werden, lag der Wert meist um 70 – 80 W.
In Summe haben sich die Messwerte des Prusas meist eher im unteren Bereich um ca. 70 W bewegt, wohingegen die Messwerte des Dreamers aufgrund des regelmäßigen Nachheizens relativ oft im oberen Bereich zu finden waren.
Aber egal ob Prusa Mini oder Flashforge Dreamer, der sehr niedrige Gesamtverbrauch von 0,11 bzw. 0,14 kWh war doch sehr überraschend und lag weit unter dem, womit ich gerechnet hätte.
Wie hoch sind die Kosten für den Stromverbrauch eines 3D Druckers?
Um die Kosten für den Stromverbrauch des 3D Druckers zu ermitteln, benötigt man den Verbrauch in kWh bzw. die durchschnittliche Leistungsaufnahme in Watt über eine Stunde und den Preis/kWh.
Mit diesen Werten und der unten angegebenen Formel können die Stromverbrauchskosten für den Druck berechnet werden.
Kosten = Verbrauch(kWh)*Preis_pro_kWh
bzw.
Kosten = (Watt/1000)*Preis_pro_kWh
Kosten Prusa: 0,11 kWh * € 0,0637 = € 0,007 = < € 0,01
Kosten Dreamer: 0,14 kWh * € 0,0637 = € 0,0089 = < € 0,01
Im konkreten Messbeispiel lagen die Kosten für den Druck sowohl mit dem Prusa Mini als auch für den Flashforge Dreamer bei jeweils unter € 0,01.
Brauchen 3D Drucker mehr Strom als andere Haushaltsgeräte?
Von den Spitzenwerten bei der Leistungsaufnahme liegen 3D Drucker eher im Mittelfeld. Es gibt durchaus Geräte, die eine höhere Leistungsaufnahme haben. Weiters laufen 3D Drucker meist nur direkt vor oder nach dem Druck im Leerlauf. Wenn sie nicht benötigt werden, sind sie in der Regel ausgeschaltet. Von diesem Standpunkt aus gesehen, müsste diese Frage mit einem klaren Nein beantwortet werden.
| Gerät | Standby/Leerlauf | Aktiv |
|---|---|---|
| 3D Drucker (Prusa/Dreamer) | 3 W / 5,5 W | 120 W / 285 W |
| Mikrowelle | 0,5 W | 1140 W |
| Kaffeevollautomat | 1,2 W | 1200-1450 W |
| Fernseher 46″ LCD | 0,5 W | 60 – 90 W |
| Drucker (Canon TS5150) | 3 W | 10 – 25 W |
| Kühlschrank | – | 80 – 180 W |
| Waschmaschine | – | 2000 W |
| Haarföhn | – | 2000 W |
Von einem anderen Blickwinkel aus betrachtet muss man fairerweise sagen, dass Geräte mit einer höheren Leistungsaufnahme, wie z.B. die Mikrowelle oder der Kaffeevollautomat nicht über einen längeren Zeitraum aktiv sind. Einen Kaffee zu brühen dauert im Normalfall rund eine Minute. Ein Gericht in der Mikrowelle aufzuwärmen ca. 2-3 Minuten. Danach verweilen die Geräte im Standby Modus oder schalten sich nach einer bestimmten Zeit vollständig aus. 3D Drucker wiederum laufen je nach Druckauftrag über mehrere Stunden bzw. in manchen Fällen auch über Tage hinweg.
Im Endeffekt ist der tatsächliche Faktor, mit welchem sich ein 3D Drucker auf den Stromverbrauch eines Haushalts auswirkt, stark vom Anwender bzw. Betreiber des Geräts abhängig.
Verbrauchen alte 3D Drucker mehr Strom als neue?
In den meisten Fällen, so auch im konkreten Testfall bzw. bei den beiden hier gegenübergestellten Geräten, muss man diese Frage definitiv mit Ja beantworten. Die Geräte und die darin verbauten Komponenten werden laufend weiterentwickelt und optimiert, womit dies keine große Überraschung ist.
Das ist aber keinesfalls als Pauschalantwort zu verstehen. Unterm Strich kommt es immer auf die im Drucker verbauten Komponenten und die Bauart des Druckers an. Verfügt ein neuerer Drucker über eine größere beheizte Druckfläche und hat kein Gehäuse, kann der Stromverrauch eines alten Geräts mit kleiner Druckfläche und Gehäuse schnell mal weit geringer sein. Weiters kann es bei neueren sehr billigen 3D Druckern durchaus vorkommen, dass qualitativ minderwertigere Teile verbaut wurden. Diese Einsparung spiegelt sich dann oftmals später durch einen deutlich höheren Stromverbrauch wider.
Welche Teile des 3D Druckers benötigen Strom?
Druckkopf/Düse
Die Düse ist wie auch das Druckbett, sofern dieses beheizbar ist, eine der Komponenten mit dem höchsten Stromverbrauch. Die Düse wird zu Beginn des Drucks abhängig vom zu druckenden Material auf über 200 °C aufgeheizt. Danach wird die Temperatur durchgehend überwacht und durch regelmäßiges Nachheizen auf dieser Temperatur gehalten.
Druckbett
Wenn der Drucker über ein beheizbares Druckbett verfügt und dieses für den aktuellen Druckjob auch beheizt wird, dann ist es gemeinsam mit der Düse eine der beiden Komponenten, die während des gesamten Druckverlaufs geheizt werden und dementsprechend für einen erhöhten Stromverbrauch sorgen. Wie oben in der Beschreibung der Messung beschrieben, war beim Zwischenheizen des Druckbetts des Flashforge Dreamers während des Drucks immer wieder ein Spitzenwert in der Leistungsaufnahme von ~285 Watt zu beobachten.
Mainboard
Das Mainboard ist sozusagen das Gehirn des Druckers. Hier läuft alles zusammen. Es interpretiert die Anweisungen der GCode Dateien und regelt damit die Düsen- und Druckbetttemperatur und steuert die Motoren an, um den Druckkopf bzw. das Druckbett zu bewegen. Das sind aber nur einige der Dinge, wofür das Mainboard letztlich verantwortlich ist.
Obwohl das Mainboard ob der Vielzahl an Aufgaben im Grunde die wichtigste Komponente darstellt, benötigt es im Vergleich zu Düse und Druckbettheizung nur relativ wenig Strom.
Display
Das Display dient im Grund nur dem Komfort. Es ermöglicht dem Benutzer das Gerät direkt zu steuern. Nichtsdestotrotz sind viele 3D Drucker auch ohne Display bedienbar. Dazu müsste dieser jedoch entweder an einem PC bzw. Laptop oder an einen Druckserver wie z.B. OctoPi auf einem Raspberry angeschlossen sein.
Ob monochrom oder in Farbe, das Display, welches direkt am Mainboard angeschlossen ist, benötigt nur sehr wenig Strom.
Schrittmotoren
Ein 3D Drucker besitzt mindestens vier Schrittmotoren. Drei davon bewegen den Druckkopf sowie das Druckbett entlang der X, Y und Z-Achsen. Mindestens ein Motor ist für den Materialeinzug zuständig. Je nach Anzahl der Extruder, also im Grunde pro Düse, wird ein separater Motor benötigt.
Obwohl die Motoren die wesentliche Arbeit während des Drucks verrichten, benötigen sie in Summe nur einige Watt.
Beleuchtung
Viele, vor allem geschlossene, 3D Drucker sind mit LED-Streifen ausgestattet. Teils mit RGB LED-Streifen, teils nur weiß. Die LED-Streifen benötigen zwar nur einige wenige Watt, können jedoch oft abgeschaltet werden.
Wie kann der Stromverbrauch des 3D Druckers gesenkt werden?
Verwende ein Gehäuse
Ein Gehäuse hat einerseits den Vorteil, dass der Drucker ein wenig leiser wird, andererseits senkt es die durch die Wärme im Inneren die notwendigen Heizzyklen.
Der Innenraum eines geschlossenen 3D Druckers erwärmt sich durch die Abwärme der Düse und des Druckbetts. Durch die Wärme im Inneren kühlen diese beiden Komponenten langsamer ab und müssen damit auch nicht so häufig nachgeheizt werden.
Drucke mit geringerer Temperatur
Versuche deine Druckjobs im unteren Temperaturbereich des verwendeten Materials durchzuführen. Damit müssen sowohl die Düse als auch das Druckbett nicht so oft und lange geheizt werden. Andererseits verlängert das die Druckzeit, da du mit geringerer Temperatur langsamer drucken solltest.
Um des Sweetspot zwischen Temperatur und Druckgeschwindigkeit zu finden, solltest du bei jedem neuen Filament, dass du bisher noch nicht verwendet hast, einen Temperaturturm drucken.
Optimiere die Druckzeit
Je länger die Druckzeit, desto höher der Stromverbrauch, desto höher die Stromkosten. Im Grunde eine recht einfache Angelegenheit. Versuche daher die Druckzeit so kurz wie möglich zu halten. Die Druckzeit lässt sich optimieren durch
- richtiges Design bzw. einhalten von Designregeln für den 3D Druck,
- optimieren der Slicer Einstellungen (Füllgrad, Schichthöhe, etc.) sowie
- drucken mit einer passenden Düsengröße.
Wenn du mehr über die Optimierungsmöglichkeiten der Druckzeit wissen möchtest, solltest du unbedingt diesen Artikel lesen.
Verzichte auf ein Display
Wie bereits weiter oben erwähnt, bietet das Display in den meisten Fällen nur Komfortfunktionen. Du kannst viele 3D Drucker auch ohne Display über einen PC/Laptop oder einen Raspberry Pi bedienen.
Wenn du das tust und das Display selten oder auch gar nicht verwendest, kannst du es auch demontieren. Die Einsparungen werden sich jedoch trotzdem eher in Grenzen halten.
Schalte die Beleuchtung aus
Die Innenraumbeleuchtung des Druckers ist während des Kalibrierens und während des Drucks der ersten Schichten durchaus nützlich. Danach eher nicht mehr oder nur sehr sporadisch. Wenn du also die Möglichkeit dazu hast, schalte das Licht im Innenraum während des Ducks aus. Du sparst zwar so wie im Falle des Displays keine Unmengen an Strom, aber auch durch mehrere kleine Einsparungen lassen sich zusammen und über einen längeren Zeitraum durchaus signifikante Einsparung erzielen.
