Dem 3D-Druck gehört die Zukunft?

So 13 Dezember 2020

Anfang 2020 hatte ich etwas Zeit und wollte diese sinnvoll nutzen. Also habe ich mir einen 3D-Drucker zugelegt.

Meinen Wahl viel dabei auf den Ender-3, den es inzwischen als verbesserte Version 2 für unter 300 € gibt.

Für etwas mehr Geld gibt es den CR-6 SE, der unter anderem eine automatische Bett-Nivellierung bietet.

Die Firma arbeitet zur Zeit an einen /Infint-Z/ Drucker, bei dem das Material auf ein Band aufgetragen wird. So sind theoretisch unbegrenzt lange Drucke möglich. Zur Zeit gibt es den CR-30 nur bei Kickstarter, das fertige Produkt soll dann 1000 € kosten. Sicherlich kein Gerät für Heimwerker, aber eine interessante Entwicklung.

(Die Links sind keine Affiliate Links, ich erhalte keine Verkaufsprovision.)

Wenn ich hier von 3D-Druck spreche, meine ich damit Drucker nach dem FDM (Fused Deposition Modeling) Verfahren. Dabei wird ein Kunststoff aufgeschmolzen und in dünnen Schichten zu einem Modell zusammengefügt.

CAD — Von der Idee zum Modell

Aus einer Idee oder Skizze muss ein CAD Modell erstellt werden. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten:

• Kommerzielle Programme: Jeder hat schon mal etwas von AutoCAD gehört, daneben gibt es auch noch SoldidEdge und SolidWorks sowie viele andere Programme, die sich an Firmen richten. Für Privatanwender sind diese Programme zu teuer. Mit [Moment of Inspiration](https://moi3d.com/index.htm] gibt es ein günstiges (ca. 300 €) Programm sowohl für Windows als auch für MacOS.
• Online Programme: Heutzutage ist alles in der Cloud, warum nicht auch CAD? Das bekannteste Programm dürfte SketchUp sein, es ist für Privatnutzer kostenlos. Natürlich besteht bei solchen Angeboten immer die Gefahr, das der Anbieter die Bedingungen ändert, oder der Betreiber aufgekauft wird und das Angebot beendet.
• Freie CAD Programme: Zu den freien gehören OpenSCAD und FreeCAD. Für die meisten Anwender dürfte FreeCAD leichter zu bedienen sein. Das ist auch das Programm das ich zur Zeit nutze.

Slicer

Das CAD-Programm exportiert eine STL-Datei, die die Modelloberfläche als Gitter aus Dreiecken beschreibt. STL wird daher von einigen als “Standard Triangle Language gedeutet. Diese Dreiecke sind bereits eine Vereinfachung des Modells, Rundungen gehen verloren.

Aus dieser Modellbeschreibung erzeugt der Slicer ein Programm, das den Drucker anweist den Kopf von einer Position zu nächsten zu fahren und dabei Kunststoff aufzutragen oder nicht. Jede Gerade ist ein Befehlt, jede Rundung ist ein Befehl. Theoretisch kann man so eine Datei von Hand erstellen und bei CNC-Maschinen wurde das auch lange so gemacht. Bei der Vielzahl der einzelnen Bewegungen ist das für 3D-Drucker aber nahezu unmöglich.

Es gibt mehrere Slicer zur Auswahl:

• Ultimaker Cura:
• Prusa3D:
• slic3r:
• kisslicer:
• Kommerzielle Slicer:

Mehr dazu in einem späteren Artikel.

Kalibrierung

Zur Inbetriebnahme gehört die Kalibrierung des Druckers.

Extruder

Der Extruder wird von einem Motor angetrieben, der über ein Reibrad das Filament transportiert. Wird zu wenig transportiert sind die gedruckten Rauben zu dünn und es kann zu Haftungsproblemen kommen. Zu dicke Raupen führen zu Maßabweichungen, da das Material seitlich herausgequetscht wird.

Einstellung beim Ender:

• Control, Temperature, Nozzle Temperature auf 200°C (Standard 185°C)
• Preheat PLA auswählen
• Filament vor Extruder markieren: 100 mm, 110 mm, 120 mm
• Prepare, Move Axis, Extruder, 100 mm
• Länge messen, tatsächliche Extrusion bestimmen
• Steps / mm auslesen: Control, Motion, Transmission ratio, Transmission ratio E (93,0)
• Neue Schrittweite: Solllänge/Istlänge x Schrittweite
• Wert in Transmission ratio E eintragen.
• Control, Store configuration

Achsen

Zum Kalibrieren der Achsen druckt man einen 1 cm x 1 cm x 1 cm großen Würfel und misst die Kantenlänge.

Die Korrektur erfolgt dann wie beim Extruder.

Temperatur

Jedes Filament hat einen optimalen Temperaturbereich.

Mit einem speziellen Modell, bei dem alle 5 mm die Extruder Temperatur geändert wird, kann man das Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen ermitteln.

Das von mir verwendete PLA fing bei 240 °C an zu verbrennen. Daher habe ich das Modell entsprechend angepasst.

Geschwindigkeit

Die Druckgeschwindigkeit wird oft auf 50 mm / s begrenzt. Oft ist aber ein schnellerer Druck möglich. Es gibt Modelle, bei denen die Geschwindigkeit variiert wird, hier kann man sich die höchste Geschwindigkeit, die noch gute Ergebnisse liefert, raussuchen.

Bettausrichtung (Nivellierung)

Das Druckbett sollte parallel zur Bewegung des Druckkopfes sein. Außerdem muss der Abstand genau eingehalten werden.

Zum Einstellen bewegt man den Druckkopf über das Bett, dabei sollte ein Blatt Schreibmaschinenpapier dazwischen passen. Ist der Abstand zu groß, haftet die untere Schicht nicht auf dem Bett, ist er zu gering fährt die Düse bei der zweiten Schicht durch das bereits gedruckte Material.

Am besten Überprüft man die Ausrichtung vor jedem Druck.

Drucker mit automatischer Bett-Nivellierung machen das selbst und sparen so Zeit und Fehldrucke.