Stabile und genaue Objekte aus dem 3D-Drucker

3D Druck im Slicer optimieren
3D Druck im Slicer optimieren

Der 3D-Druck stabiler Objekte

Benötigt man stärker beanspruchbare 3D Bauteile, stößt man schnell an die Grenzen des FDM Druckverfahrens. Insbesondere bei Zugbelastung in Z-Richtung splittert der Druck entlang der Filamentstränge.
Ein FDM gedrucktes Bauteil zeigt leider ein ähnliches Verhalten wie Naturholz bezüglich seiner Faserrichtung.

Einfachste Optionen das Objekt stabiler zu drucken:

  1. Das Bauteil in Z-Richtung mit der geringsten Beanspruchung anordnen.
  2. Das Füllmuster dichter zu drucken.

Weitere Optionen, analog dem Druck wasserdichter Objekte:

  • Eine geringe Druckgeschwindigkeit.
  • Eine hohe Anzahl von Wand – und Oberflächenschichten
  • Eine höhere Drucktemperatur.
  • Eine höhere Flussrate.

Eine höhere Flussrate hilft immer ein Objekt dichter zu bekommen.
Leider bedeutet eine Flussrate über 100%, dass eigentlich zu viel Material gefördert wird, welches irgendwo hin muss.
Die Oberfläche wird unsauberer und der Druck quillt zu allen freien Flächen etwas auf.
Bei einem Blumentopf stört das nicht. Möchte man aber ein Kugellager in eine Öffnung bekommen, hat man ein Problem.

Bei maßhaltigen Objekten darf man nicht oder nur sehr gering die Flussrateerhöhen.

Die einfachste Möglichkeit mehr Stabilität zu bekommen, wäre die Anzahl der Wandlayer und die Fülldichte zu erhöhen.
Damit steigen aber Materialmenge und Druckzeit linear an. Außerdem kann während einer langen Drucksession mehr passieren (Stromausfall, Warping, Filamentstörung)
Ein Druck mit 100% Fülldichte wäre zudem nicht maßhaltig.

Bei Konstruktionen wo man die Innen-/Außen Abmessungen genau einhalten muss, gibt es aber noch einige Optionen bezüglich der Füllung.

Konfiguration der Füllung für stabilere Objekte

  • Füllmuster
  • Füllschichtdicke
  • Überlappung der Füllung
  • Option abwechselnde Zusatzwände

Wenn man bereits ein Waben- oder Gittermuster einsetzt, dürfte man bezüglich der Art des Füllmusters fast alles ausgereizt haben.
Die Füllschichtdicke ist die Wandstärke des Füllmusters. Sie bietet einigen Spielraum, da sie standardmäßig mit 0,2mm (Cura 3.2., 0,4mm Düse) recht gering ausfällt.
Die Überlappung der Füllung kann ebenfalls ohne Nebenwirkungen erhöht werden. Sie sorgt dafür, dass die Füllung in die Wandschicht eingehen kann.
Bei der Option „abwechselnde Zusatzwände“ spendiert Cura jeder zweiten Schicht einen zusätzlichen Wandlayer. Das dies zur Stabilität beiträgt ist offensichtlich, kostet aber einiges an Material und Zeit.

Ein Beispiel für einen optimierten 3D-Druck

Links im Bild eine Öffnung für ein 15mm Linearlager. Hier macht sich schon ein Zehntelmillimeter bemerkbar. Das Lager muss fest sitzen, darf aber nicht das Werkstück sprengen. Ohne Probedruck der Öffnung wird das gar nix. Auch ein Einsatz der stl Datei auf einem anderen Drucker wird ein anderes Ergebnis bringen. Links davon die Öffnung für eine Trapezmutter. Die Maße sind dort unkritischer. Die Schrauben sollen allerdings direkt im Kunststoff halten, das braucht Perimeter.

Zu den einzelnen Optionen im Bild. Wir blicken auf die Z Achse.

Wandstärke:
Gewählt wurden 4 Wandstärken (1,6mm). Cura unterscheidet nicht zwischen Außen- und Innenwand. Die Boden- und Deckschicht kann wiederum separat gewählt werden.

Füllmuster:
Gitter. Cura kann leider kein Wabenmuster.

Fülldichte:
20%. Das doppelte der Voreinstellung.

Überlappung der Füllung:
Die Überlappung wurde auf 20% verdoppelt, erkennbar in der 4. Wandschicht. Das Füllmuster dringt in die Wand ein.

Füllschichtdicke:
Die Füllschichtdicke wurde auf 0,4mm verdoppelt. Das Gittermuster ist entsprechend optisch breiter dargestellt.

Abwechselnde Zusatzwände:
Diese Option liefert eine zusätzliche Wandschicht in jeder zweiten Lage. Durch diese Wandschicht geht dann auch die Füllung. Diese Option verspricht einiges an zusätzlicher Stabilität, kostet aber auch Zeit und Material.
Im Bild erkennbar an der fünften und zusätzlichen Wandschicht innen.

Druckbetthaftung

Auch wenn das Objekt ausreichend Kontaktfläche zum Druckbett kann es sinnvoll sein „Brim“ zu aktivieren. Bitte „Brim“ auch für die Innenflächen zulassen. Die Öffnungen werden dann schon ab der ersten Lage sehr sauber gedruckt.

3D Druck im Slicer optimieren - Brim
3D Druck im Slicer optimieren – Brim

Kalibrierung des Druckers

Bei all diesen Betrachtungen habe ich vorausgesetzt, dass der Drucker richtig kalibriert ist.
Das heißt ein Testwürfel von 15mm sollte in jeder Dimension auch 15mm aufweisen.
Liefert der Drucker andere Werte muss man die Steps/Achse und ggf. auch die Flussrate anpassen.

Das Design

Das Design des Modells habe ich hier ausgelassen. Aber schon im CAD Modell muss man die Druckbarkeit im Hinterkopf haben.

Hinweis

Unbedingt im Slicer die einzelnen Schichten betrachten. Nur dort lassen sich Fehler erkennen.
Die Änderung von Slicer-Einstellungen lässt sich dort gut erkennen und vergleichen.