Wie entsteht ein 3-D-Druckmodell?

Herstellung eines 3-D-Druck-Modells:

Oft werden wir gefragt, ob oder wie so ein Modell gemacht wird. Da es sich bei dem 3-D-Druck-Verfahren um ein relativ neues und in der breiten Bevölkerung noch nicht so bekanntes Herstellungsverfahren handelt, möchten wir hier gerne ein paar Eckpunkte aufzeigen.

Das ganze beginnt natürlich mit der Idee. Wenn man weiß, was man gerne hätte oder herstellen würde, muss man prüfen, ob es dieses Teil nicht bereits gibt. Das hat mit Urheberrechten und Vervielfältigungsschutz zu tun.

Hat die Recherge ergeben, dass es dieses Teil nicht gibt, kann man mit der Planung beginnen.

Dazu muss man zuerst festlegen, wie groß das Teil werden soll, wie es ungefähr aussehen soll usw. ...

Nun kommen die ersten Probleme. Denn ein 3-D-Drucker druckt das Material in ganz feinen runden Fäden aus. Das bedeutet am Anfang muss jede Form eine gerade feste Auflagefläche haben. Auch sollte das Modell keine Löcher oder Lücken haben, denn der Drucker kann natürlich nicht "in die Luft" drucken. Der Materialfaden würde (das ist dank der Schwerkraft logisch) einfach nach unten fallen. Diese Probleme kann man später in der Programmierung und den Druckeinstellungen bedingt lösen. Z.B. mit zusätzlich gedrucktem Stützmaterial das nach dem Druck von dem Modell entfernt wird.

Doch soweit sind wir noch lange nicht. Denn nun muss ja zuerst einmal das gewünschte Modell programmiert werden. Da gibt es mehrere Möglichkeiten, eine der beliebtesten ist die Programmierung mit dem kostenlosen Programm OpenSCad. (Das auch wir überwiegend nutzen)

Dieses Programm wird in typischer Programmiersprachen-Mentalität genutzt. Also über Befehlszeilen. Und diese basieren im 3-D-Bereich auf mathematischen Grundregeln.

Hier einige Beispiele wie so eine Programmierung in einzelnen kleinen Teilen aussehen könnte:

Je nach Modellgröße, kann so eine Programmierung schon auch mehrere Seiten umfassen.

Auszug 1:

$fn=200;
d_innen=150;
d_aussen=d_innen + 30;
tiefe=9;
anzahl_segmente=120;
d_fuge=1;

// Rundbogen

{

rotate ([90,-45,0]) 
translate ([0,40.5,0])
    
difference()
{
    linear_extrude(height=tiefe)
    difference()
    {
        circle(d=d_aussen);
        circle(d=d_innen);
        translate([-d_aussen - 1, -d_aussen -2 ])
            square([d_aussen+2, d_aussen+2]);
    }

    for(j=[0: tiefe: tiefe*2 - 1])
    {
        translate([0, 0, j])
            for(i=[0: 360/anzahl_segmente: 360])
        {
            rotate([-90, 0, i - 90])
            cylinder(h=d_aussen + 2, d=d_fuge);
        }
    }
    for(i=[0: 360/anzahl_segmente: 360])
    {
        translate([sin(i-90)*d_innen/2, cos(i-90)*d_innen/2, -1])
            cylinder(h=tiefe + 2, d=d_fuge);
        
        translate([sin(i-90)*d_aussen/2, cos(i-90)*d_aussen/2, -1])
            cylinder(h=tiefe + 2, d=d_fuge);
   

Auszug 2:

translate ([245,20,0])
    cube ([3,3,8]);

difference()
{
    minkowski(){
    linear_extrude(height = 2)
    polygon(points=[ [0,0],
                     [5,2],
                     [10,2],     
                     [55,2],
                     [60,2],
                     [65,2],
                     [70,3],
                     [75,3],      
                     [0,5] ]);
    cylinder(d=4, h=2);   
    }
    translate ([9,-5,-1])
        cube ([5,15,6]);
    
    translate ([239,-5,-1])
        cube ([5,15,6]);
}    
    translate([125,25,3])
    linear_extrude(height=5)
    text("SLEIGH-VALLEY RANCH",
size = 13,
font = "Comic Sans MS:style=Bold Italic",
halign = "center",
valign = "center");

Und natürlich verzeiht einem so eine Programmierung keine Fehler....

Gehen wir nun davon aus, dass ein Modell erfolgreich programmiert werden konnte.

(Je nach Umfang der Idee, Recherge-Arbeiten, Problemen und Umfang der Programmierarbeiten - sind hier bereits mehrere Stunden oder vielleicht sogar Tage vergangen!)

Das programmierte Modell kann so nicht gedruckt werden, da der Drucker natürlich ein ganz anderes Dateiformat zur Verarbeitung benötigt.

Also muss die programmierte Datei konvertiert werden. Das kann z.B. mit einem Slicer (Programm) gemacht werden. Dazu wird die ursprüngliche Datei in das neue Programm geladen und dort weiter bearbeitet.

Hier werden nun die weiteren Einstellungen wie Druckertyp, Rohmaterialart (z.B. PLA), sowie eine enorm große Anzahl an Einzelparametern rund um Positionierungen, Temperaturen, Skalierung, Hilfsfunktionen und nun vor allem auch den Einsatz von zusätzlichem Material als Stützmaterial, zusätzliche Bodenschicht für bessere Haftung, %-tuale Menge des Füllmaterials, ect.....  eingestellt. 

Ist das neu berechnete Ergebnis nun zufriedenstellend, kann es als druckbarer G-Code abgespeichert werden.

Damit haben wir nun endlich ein (grundsätzlich) druckbares Modell - und im Idealfall auch einen eigenen Drucker. Sollte das nicht der Fall sein, kann man solche Druckdateien auch von Proficentern gegen gutes Geld drucken lassen.

Gehen wir aber weiter zu unserem Drucker. Wie zu erwarten fehlt jetzt natürlich noch etwas ....

Denn der Drucker ist ja grundsätzlich mal ein dummer Haufen aus Plastik und Metall. Also benötigen wir ein weiteres Programm. In unserem Fall ist das OctoPrint - ein Druckprogramm für 3-D-Drucker. Auch hier gibt es wieder viele verschiedene Programme.

Nun laden wir den neuen G-Code in dieses (auf den entsprechenden Drucker eingerichtetes) Programm - und jetzt endlich kann der Druck beginnen.

Drucker läuft technisch einwandfrei, Rohmaterial ist ausreichend vorhanden, Druckprogramm läuft, G-Code funktioniert - es kann losgehen.

Der 3-D-Drucker - ein heißes Gerät!

Wenn man mit einem 3-D-Drucker arbeitet, sollte man stets bedenken, dass so ein Drucker ein - im wahrsten Sinne des Wortes - heißes Teil ist. Besonders erwähnenswert ist neben der Tatsache, dass der Drucker und einige seiner Anbauteile unter Strom stehen vor allem der Extruder und das Druckbett.

Letzteres ist einfach erklärt. Das Druckbett ist die flache Fläche unten, auf die das Modell gedruckt wird. In der Regel heizt eine Druckbett-Heizung diese Fläche an der Oberfläche auf ca. 55-65°C auf. Das reicht, dass dort nichts brennbares in der Nähe sein sollte.

Der Extruder - das ist einfach gesagt, die Düse in der das Rohmaterial bei ca. 190-230°C geschmolzen und ausgedruckt wird. Da dieser Bereich ungeschützt ist, sollte man da jede Berührung vermeiden!!!

Eine der größten Gefahren ist ein unbeaufsichtigter Druck, da es zu Materialstau oder anderen Problemen beim Druck kommen kann - und dann kann der Drucker dort natürlich sehr leicht in Brand geraten.

Hier stellvertretend einige Berichte wie das aussehen kann:

Bericht 1

Bericht 2

Bericht 3

Man sollte also während des Druckvorganges wirklich in der Nähe des Druckers sein.

Bei großen Modellen mit langen Druckzeiten ist dieser Aufwand also nicht zu unterschätzen.

Wenn alles geklappt hat, dann halten wir jetzt (einige oder sehr viele Stunden später) ein gedrucktes Modell unserer Programmierung in den Händen.

Vermutlich muss noch ein wenig nachgearbeitet werden, vielleicht der eine oder andere Faden abgemacht oder Stützmaterial entfernt werden.

Aber das sind jetzt in der Regel schon eher einfache Nacharbeiten.

Oft ist es erforderlich, dass ein Modell in mehreren Schritten gedruckt werden muss. Das könnte sein, weil es insgesamt zu groß ist oder das Teil Lücken im Teil hat, die nicht überbrückbar waren. Ist das der Fall, kann man das Teil jetzt als Bausatz hergeben oder man macht es selbst fertig. Das heißt dann sauber entgraten und alle Teile richtig zusammenkleben. Wir verwenden dafür Modellbaukleber von Markenfirmen.

Sollte das Modell jetzt auch noch bemalt werden, dann kommen je nach Kreativität und künstlerischen Fähigkeiten nochmal etliche Stunden reine Arbeitszeit dazu.

Als Farben verwenden wir hochwertige Farben der Firmen Citadel und Vallejo.

Mit Grundierung und abschließendem Schutzlack ein teurer Spaß!

Denn diese Farben sind leider nicht günstig. Aber uns überzeugt hier die Qualität.