3D Druck

Einleitung

Im Lockdownwinter 2020/2021 habe ich mich mal etwas mit der Materie 3D-Druck auseinander gesetzt und war neugierig wie das eigentlich funktioniert. Seither kommen regelmässig Fragen von Bekannten und Freunde die genau wie ich damals fasziniert von der Tatsache sind dass man etwas ausdrucken, bzw. erstellen kann aber wie das geht ist die grosse Unbekannte.

Daher packe ich Euch das Grobe hier zusammen und möchte gar nicht allzu sehr in die Details gehen. Es soll Euch nur ein paar Fragen beantworten.

Behauptung: 3D-Drucker sind teuer!

Definitiv falsch! Wenn man ein Einsteigermodell wie z.B.: mein Anycubic Mega i3 S mit einem heimischen Tintenstrahl MFP vergleicht, kommt man bei der Beschaffung mit ca. 300.- 1:1 weg. Während der Tintenstrahldrucker regelmässig für 60 - 70.- neue Tinte benötigt, kann man 1Kg weisses Filament (Erklärung weiter unten) doch eine ganze Weile Teile produzieren.

Behauptung: 3D-Druck ist kompliziert!

Bedingt. Nach dieser Beschreibung sollte aber etwas Nebel gelichtet sein.

Zunächst unterscheiden wir den Druck am Drucker mit der Erstellung am Computer. Ich vergleiche hierbei den Druck am Papier mit dem Schreiben des Briefes am PC.

Funktionsweise des Ausdrucks

Auch hier gibt es verschiedene Techniken. Ich beschränke mich hier auf die Erklärung eines PLA Drucks und komme unten im Abschluss zu den weiteren Möglichkeiten um die Einfachheit zu bewahren.

Beim PLA Druck setzt man eine entsprechende Rolle Material (sog. Filament) wie ein 1.75mm dünnes Kabel ein und führt dieses durch einen Schlauch von der Rolle in den Druckkopf. Beim Drucken erwährmt sich dieser Druckkopf auf ca. 200° und schmelzt an der vordesten Stelle das Filament ohne dessen Farbe zu verbrennen. Dieses flüssige Filament wird durch eine 0.4mm dünne Düse, gepresst und auf das vorgewärmte Druckbett aufgedruckt. Anschliessend wird in 0.2mm Schritten jede Schicht einzeln aufgetragen bis das Modell fertiggestellt ist. Die erklärt bereits folgende Eigenschaft:

• Die erste Schicht ist die Wichtigste! - Wenn die erste Schicht nicht richtig auf dem Druckbett hält, können auch folgende nicht halten und das Modell kann nicht entstehen. Bemerkt man dies nicht, entstehen sog. Spaghettimodelle die man direkt in den Müll werfen kann. Der Drucker merkt nicht dass Schicht 1 nicht hält und macht weiter bis er fertig ist.

Ich habe mich bei den Zahlen hier immer auf die Standardwerte bezogen. Es gibt dünnere Düsen, er gibt dickeres Filament usw. Wie gesagt, es geht um die Basics.

Erstellen von Druckvorlagen, bzw. Modellen:

Auch da gibt es 2 Möglichkeiten. Es gibt fertige Modelle die man teils gratis im Internet herunterladen kann oder man erstellt diese nach eigenen Bedürfnissen selber. Das Geheimniss heisst hier STL-Datei. Wie man danach in einer Suchmaschine sucht und das Resultat herunterlädt, erkläre ich nicht.

Erstellen von Modellen:

Der CAD-Gigant Autodesk ist sehr kundenfreundlich. Einerseits bietet er für Lehrer und Schüler, aber auch private wie Du und ich eine Onlinelösung an mit der man einfache Modelle zeichnen kann. Man nimmt zum Beispiel einen fertigen Würfel, setzt eine Stange quer durch und sagt dem Programm, die Stange hat die Farbe transparent und schon hat man einen Würfel mit einer Bohrung gezeichnet. Dem Würfel noch sagen wie gross er sein soll und die Lösung als STL-Datei herunterladen.

Etwas umfangreicher ist Fusion360 welches ebenfalls von Autodesk entwickelt wurde und für Privatgebrauch gratis zu nutzen ist. Damit kann man schon Gewinde in Würfel zeichnen lassen, Modelle in verschiedenen Sichten zusammenbauen, Teile im Modell sich drehen lassen usw. Die Sache ist schon umfangreicher aber dank Videoplattformen nach kurzer Einarbeitung ebenfalls lernbar. Auch hier, das fertige Produkt als STL exportieren und abspeichern.

So, nun haben wir, egal auf welchem Weg unsere STL Datei als 3d Modell am Bildschirm.

Der Drucker kapiert aber nur Koordinaten. Die sog. Maschinensprache. Uiii, was meint der nun? Jetzt wirds komlex…. Nein, wird es nicht:

Ein STL Modell "slicen"

Damit unser Druckkopf nun weiss was er machen muss, gibt es das Gratisprogramm Cura. Wie Du siehst, bisher war die ganze Software gratis - und das bleibt auch so!

Nachdem man Cura gestartet hat und beim ersten Start gesagt hat was für einen Drucker man hat, erscheint unsere Druckplatte wie sie der Drucker besitzt. Durch Import importieren wir nun unsere erstellte STL-Datei und sehen diese mitzt auf unserer Platte. Cool! Das wars…. fast!

Cura bietet viele Einstellmöglichkeiten: Wie soll das Modell gedruckt werden? Sollen wir es umdrehen um eine grosse Fläche auf Schicht 1 zu haben? Braucht es Stützstrucktur? Wie stark soll das Modell ausgefüllt werden? Soll das Filament gekühlt werden dass es schneller bereit ist für die folgende Schicht….. Das alles zu erklären würde den Rahmen hier sprengen und ist von Modell zu Modell unterschiedlich.

Um er kurz zu machen, sobald die Einstellungen gemacht sind, werden diese als Codedatei auf einen Stick exportiert, dieser in den Drucker gesteckt und - Los geht’s!

Fazit:

Es braucht also 3 Schritte: STL Datei > Maschinencode (Gcode - Datei) > Ausdruck

Oben habe ich beschrieben, dass es noch weitere Arten des Drucks gibt. Nach etwa einem Jahr Filamentdruck habe ich mit Resindruck begonnen. Die Unterschiede dabei sind folgende:

• Es können keine so grossen Modelle gedruckt werden da die Druckfläche wesentlich keiner ist.
• Der Drucker hat nur eine Z-Achse die das Modell nach oben zieht.
• Es gibt kein Filament sondern ein Resin, eine Art flüssigen Harz in einem Becken. Die Druckplatte liegt dabei 180° verdreht über dem Becken und fährt Schicht für Schicht nach oben. Dabei wird das Modell auf dem Harz „gezogen“. Das flüssige Harz wird beim Druck von unten mit UV Licht durchleuchtet und härtet an dieser Stelle aus.
• Die Modelle sich viel Detailgetreuer. Während ein Druck per Filament mindestens 0.1mm benötigt, kann per Resin problemlos auf 0.025mm gesetzt werden wobei das Auge die Schichten beinahe kaum mehr erkennt.
• Als Druckvorbereitung wird anstelle von Cura eine andere Lösung, z.B. Chitubox verwendet und die GCode-Datei von Cura kann nicht genutzt werden.

Ihr seht, es gibt ein paar Dinge zu lernen aber wer Spass dran hat und sich etwas damit beschäftigt, kann viele Dinge entstehen lassen und egal ob ein „Happy Birthday“ auf der Torte, ein selber gedruckter Osterhase oder eine Halterung für die Ski im Keller. Wenns fertig auf dem Drucker liegt und dieser zum Abschluss pfeifft, freut man sich schon am Erfolg!

One more Thing:

Ihr habt Euch evtl. gefragt:“ja aber wie lange druckt der denn?“ - Das ist logisch schwer mit einem Satz befriedigend zu beantworten. „Bis es fertig ist“ wäre die schnellste Antwort. Tatsächlich dauert ein Druck in der heutigen schnellen Zeit ewig. Ich habe schon 28h an einem Modell gedruckt. Das liegt natürlich an der Grössen und den Einstellungen die man vornimmt. Aber mit der Einstellung „Der soll doch drucken, ich mach in der Zeit was anderes“ kommt man gut zurecht. Die Slicerprogramme geben an wie lange ein Druck etwa dauert. Ich gebe da immer 10-15’ dazu. Es braucht nich 2-3 MInuten bis der Drucker aufgewährmt und abgekühlt ist. Lasst Euch Zeit und lasst den Drucker alleine arbeiten - schön wenn einer selbständig ist, oder?