3D Druck in der Praxis – Von der Idee zum fertigen Objekt – Teil 2
Kommentare

Nachdem im ersten Teil unserer Artikelserie die derzeit üblichen Technologien des 3D-Drucks vorgestellt wurden, soll in Teil 2 das erste Objekt konstruiert werden. Dabei gilt es, gleich die späteren Anforderungen zu berücksichtigen und auch einige Stolpersteine im Umgang mit der notwendigen Software aus dem Weg zu räumen.

Wer zum ersten Mal auf einer Online-Plattform nach 3D-Teilen sucht, stößt dabei auf STL-Dateien. Im STL-Format werden die Objekte in einem Oberflächenmodell gespeichert. Dies bedeutet, dass das 3D-Objekt als eine Gestalt von kleinen Oberflächen dargestellt wird. Dies ist zwar sehr einfach, hat aber in der Praxis einige Nachteile, da diese Modelle nicht gut skalierbar sind beziehunsweise stets immer nur aus ebenen Flächen bestehen.

Eine Kugel wird deswegen beispielsweise in einzelne Flächen zerlegt. Soll diese Kugel möglichst glatt sein, so muss auch die Facettierung – also die Teilung in Oberflächen – sehr fein sein. Die Dateigröße und der Berechnungsaufwand beim späteren Zerlegen in Schichten (Slicen) steigt beträchtlich. Zusätzlich weiß die 3D-Software auch meistens nicht mehr, dass es sich bei dem Objekt um eine Kugel gehandelt hat. Präzise geometrische Angaben sind somit schwierig. Besser geeignet sind deswegen Programme, die mit einem Volumenmodellen arbeiten. Hier wird die Geometrie durch mathematische Körper beschrieben. Eine Skalierung oder spätere Veränderung ist somit einfach. Der Nachteil: Komplexe und freie Geometrien (wie z.B. eine Figur oder Skulptur) lassen sich nur sehr aufwändig erstellen.

Oberflächen- und Volumenmodell
Oberflächen- und Volumenmodell

Die Wahl der richtigen Software hängt also von Ihren Anforderungen ab. Funktionale Teile, bei denen die exakten Maße entscheidend sind, sollten mit einer CAD-Software gezeichnet werden. Freie Körper (z.B. Modellfiguren) eher mit einer Software, die aus dem Bereich der 3D-Animationssoftware kommt. Fortgeschrittene Anwender verwenden meistens eine Kombination. Die grundlegende Geometrie wird mit einer CAD-Software entworfen und das Ergebnis dann mit in einem Oberflächenmodell verfeinert bzw. verbessert.

Konstruktionssoftware. Die Qual der Wahl

Es gibt viele freie – oder zumindest kostenfreie – Tools, deren Leistungsspektrum erheblich variiert. Und selbstverständlich variieren damit auch die Meinungen der Benutzer.

Derzeit gibt es keinen erkennbaren Marktführer oder ein Produkt, das uneingeschränkt empfohlen werden kann. Aber es gibt einige Pakete, die für eine Evaluierung angesehen werden sollten. Auch im Düsseldorfer GarageLab verwenden die Mitglieder eine Vielzahl unterschiedlicher Tools. Da 3D-Drucker nur STL-Dateien benötigen, ist dies auch kein größeres Problem. Zu den beliebtesten Paketen gehören Rhino, Autodesk 123D, SketchUp und Blender. Leider wurde das Online-CAD-Projekt Tinkercad eingestellt. Einen hilfreichen Überblick nützlicher Softwares bietet die Seite http://reprap.org/wiki/Useful_Software_Packages.

Im Bereich der professionellen CAD-Systeme sind die Preise leider sehr hoch. Die Möglichkeiten hingegen auch. Interessant sind aber Angebote für Vorgängerversionen. So wurden die Teile für diese Artikelserie mit dem eher in Deutschland unbekannten TurboCad 16 gezeichnet, das zum Teil für unter 100 Euro erstanden werden kann.

Wenn Sie noch nie in 3D gezeichnet haben, sollten Sie aber eine längere Einarbeitungs- und Frustrationsphase einkalkulieren.

Zeichnen für den 3D-Druck

Für diese Artikelserie soll ein einfaches Bauteil für einen kleinen hydraulischen Spielzeug-Bagger dienen. Dieser Bagger wird aus einfachen Materialen wie Pappe, Klebstoff und ein paar Einwegspritzen aus der Apotheke hergestellt. Er dient im GarageLab für einen Kinderworkshop. Das Teil dient als Gelenkelement für die Bagger-Arme.

Zeichnung und fertig gedrucktes Beispiel-Teil
Zeichnung und fertig gedrucktes Beispiel-Teil

Da dieses Gelenk ansonsten mühselig mit Holz oder mit Klebeband im Workshop gebastelt werden müsste, verwenden wir hier den 3D-Druck. Für unser Beispiel soll das Teil auf einem üblichen FDM-Drucker ausgegeben werden. Dies bedeutet, dass wir bei der Konstruktion auf die Schwächen des Druckverfahrens achten sollten. Dies bedeutet:

  • Vermeidung von Überhängen zur Vermeidung von Stützmaterial
  • Gestaltung der maßgenauen Details in der XY-Ebene und Vermeidung von präzisen Strukturen in der Z-Ebene
  • Vermeidung von dünnen bzw. filigranen Stegen

Zeichnen für FDM oder SLS

Die Konstruktion für ein gesintertes SLS-Teil unterscheidet sich deutlich. Da SLS-Teile von Dienstleistern gedruckt werden, spielen die Kosten für die Produktion eine große Rolle. Sie rechnen in der Regel nach verbautem Volumen ab. Dies bedeutet, dass ein Teil umso billiger wird, desto leichter und filigraner es konstruiert wurde. FDM-Drucker hingegen kommen mit komplexen und filigranen Strukturen nicht so gut zurecht. Insbesondere weil dadurch meistens viel Stützmaterial produziert werden muss. Eine einfache und robuste Konstruktion ist daher geeigneter

Da das Loch zum Einsatz der Einwegspritze der wichtigste Bereich ist, wird dieser Bereich in die XY-Ebene gelegt. Damit einhergeht, dass das Loch für die Quer-Achse nicht absolut präzise sein wird. Es wird deswegen ein wenig kleiner konstruiert und nach dem Druck kurz aufgebohrt. Der 3D-Druck Profi wird hier zwar mit der Nase rümpfen, aber so geht am einfachsten. Gleichzeitig erlaubt die Anordnung einen möglichst geringen Einsatz von Stützmaterial. Nach dem Export als STL-Export geht es nun an die Druckvorbereitung.

Reparieren und Anordnen

Vor dem Slicen sollte die STL-Datei noch korrekt im Raum platziert werden und etwaige Fehler in der Datei korrigiert werden. Hierzu wird das kostenfreie Netfabb Studio Basic verwendet. Da die meisten Tools beim Export von STL-Dateien nicht immer alle Dreiecke korrekt schließen, empfiehlt sich sein Einsatz.

Reparatur mit Netfabb
Reparatur mit Netfabb 

Als letzter Schritt muss das Teil nur noch korrekt positioniert werden. Hierbei müssen die Anforderungen hinsichtlich Support-Generierung und Präzision berücksichtig werden. Die unten folgende Abbildung stellt die Möglichkeiten sowie deren Vor- und Nachteile dar. Die linke Ausrichtung würde dafür sorgen, dass der Spritzeneinsatz ohne Support gedruckt werden könnte. Allerdings ist die untere Auflagefläche sehr klein und viel Support müsste generiert werden. Die rechte Darstellung stellt deswegen den besten Kompromiss dar.

Positionierungsmöglichkeiten
Positionierungsmöglichkeiten 

Slicen

Endlich ist die STL-Datei soweit fertig, dass sie für den Drucker in Schichten geschnitten werden kann. Dabei erzeugt die Slicer-Software gleich die Steuerungsbefehle für den Drucker. Für den Prozess werden von uns derzeit die Tools Slicr und Skeinforge verwendet.

Für einen optimalen Druck können unzählige Parameter festgelegt werden. Füllgrad, Geschwindigkeiten, Layerhöhe u.v.m. Für die meisten Drucker und Standard-Materialen existieren aber bereits fertige Settings. Da viele der 3D-Drucker als Bausätze angeboten werden, empfiehlt es sich, diese in gemeinsamen Workshops beim Hersteller oder in FabLabs zu montieren. Hierbei lernt man nicht nur die Eigenheiten des jeweiligen Druckers kennen, sondern erhält zusätzlich auch Hilfe bei der richtigen Parameterwahl für die entsprechenden Materialien. Zusätzlich stehen viele Foren und Wikis zur Verfügung.

Dennoch muss gerade am Anfang eine Lernkurve durchlaufen werden um ein Gefühl für die richtigen Einstellungen für das entsprechende Teil und dessen Geometrie zu finden. Am Ende dieses Lernprozesses stehen dann fertige Settings für die verwendeten Materialen zur Verfügung (z.B. ABS oder PLA). Kleinere notwendige Änderungen werden dann später individuell angepasst. So unterscheiden sich beispielsweise die Parameter bei gleichem Material aber unterschiedlicher Farbe, da die Pigmentierung Einfluss auf die Materialeigenschaften hat.

Slicen
Slicen

Im dritten und letzten Teil der Serie geht es morgen endlich an das Drucken.

Weitere bisher erschienene Serienteile:

Unsere Redaktion empfiehlt:

Relevante Beiträge

Meinungen zu diesem Beitrag

X
- Gib Deinen Standort ein -
- or -