3D-Druck – Cura 3.3 mit neuen Funktionen

3D-Druck – Cura 3.3 mit neuen Funktionen

Vor wenigen Tagen ist das Release 3.3. des Slicer Cura erschienen.
Es lohnt sich in das Kleingedruckte zu schauen und einige Neuerungen auszuprobieren.
Ich hatte bereits das Beta Release getestet und gehe an diese Stelle auf ein paar interessante Funktionen ein.

Real bridging

Endlich hat Cura einen Brückenmodus. Simplify3D konnte dies schon länger.
Er wird noch unter „experimental feature“ geführt.
Bisher wurden Brücken wie normale Außenflächen, also Wände und Füllung behandelt. Dies führte zu keinen guten Ergebnissen bei Brücken.
Ein Test mit der Beta brauchte mit den Grundeinstellungen von „Real bridging“ noch keine Verbesserung. Die Brücke wurde erkannt und das Slicen verändert. Vielleicht lag es an der niedrigen Geschwindigkeit von 15mm/s im bridging Modus. Es gibt weitere Parameter die es zu testen gilt.

Connected infill lines

Verbundene Infill Linien bei Gitter und Dreieck-Füllmustermuster sorgen quasi für eine zusätzliche Wandschicht. Füllmuster und Innenwand sollten damit eine festere Verbindung eingehen.
Das Feature kostet etwas Zeit und Material, könnte aber bei festen Teilen sinnvoll sein. “3D-Druck – Cura 3.3 mit neuen Funktionen” weiterlesen

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.

Josef Prusa mit eigener Slic3r Version

Josef Prusa entwickelt nicht nur hervorragenden 3D-Drucker, sondern hat jetzt auch eine verbesserte Slic3r Version herausgebracht.

Die Prusa Slic3r Version bietet folgendes:

  • Eine kubische Füllung. Das “Cubic Infill’ soll insbesondere in horizontaler Richtung für mehr Stabilität des Objektes sorgen.
  • Eine neue Oberflächenoption “Ensure wall thickness” soll Lücken bei gewölbten Flächen verhindern.
  • Die G-Code Vorschau kann auf einzelne Schichten begrennt werden und läuft performanter.
prusa slic3r cubic infill
Die neue Infill Option: cubic infill
Vergleich gewölbte Oberfläche Slic3r und Prusa Slic3r Version
Vergleich gewölbte Oberfläche Slic3r und Prusa Slic3r Version

 

Die Prusa Slic3r Edition findet man hier auf Github.

3D-Druck – Filamentfluss einstellen

3D-Druck Slicer Test Filamentfluss
3D-Druck Slicer Test Filamentfluss

Wann muss ich den Filamentfluss im Slicer verändern?

Den Parameter Filamentfluss finden wir im Slicer Programm.
Der Filamentfluss (Extrution Rate) regelt die Menge des geförderten Filaments.

Wenn der Druck nicht maßhaltig ist oder die Oberflächen schlecht aussehen könnte es an der eingestellten Filamentmenge liegen.

Folgende Fragen sollte man vorab klären:

  • Ist im Slicer der korrekte Düsendurchmesser eingestellt?
  • Ist im Slicer der tatsächliche Filamentdurchmesser eingestellt? Messen!
  • Hat das Filament einen konstanten Durchmesser?
  • Ist in der Firmware des Druckers der korrekte Wert für die Geschwindigkeit des Extrudermotor eingestellt? (Bei Marlin: DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT   {X,Y,Z,E1}) In der Regel ist der Wert vom Hersteller korrekt.

Im Slicer läßt sich der Filamentfluss bequem ändernt. Die Druckbahnen werden entsprechend schmaler oder breiter. Da die Schichtdicke konstant bleibt kann sich nur die Breite des Filamentstranges ändern.

Normalerweise steht der Filamentfluss im Slicer bei 100%.

Wann sollen wir den Filamentfluss verändern?

  • Die Drucke geraten in XY-Richtung immer etwas zu groß bzw. das Material wird Seite gedrückt.(Kann auch an dem Stepping der Motoren liegen.)
  • Die Oberflächen weisen Lücken auf oder sind sehr uneben.

Ein Test geht sehr schnell und sieht dann im Ergebnis wie folgt aus:

3D-Druck Slicer Test Filamentfluss
3D-Druck Slicer Test Filamentfluss

Das hier verwendete Filament scheint sehr tolerant zu sein. Die Unterschiede zwischen 80 und 120% Flussrate erkennt man erst wenn man in das Bild reinzoomt.

Wenn es darum geht das Material möglichst wasserdicht zu bekommen, lohnt es sich zu Lupe oder Mikroskop (mit geringer Vergrößerung)  zu greifen.
Feine Risse sieht man mit bloßem Auge nicht mehr. Die folgenden Bilder sind mit 40-facher Vergrößerung entstanden.

3D-Druck Slicer Test mit 80% Filamentfluss
3D-Druck Slicer Test mit 80% Filamentfluss
3D-Druck Slicer Test mit 120 % Filamentfluss
3D-Druck Slicer Test mit 120 % Filamentfluss

Mit den 80% Einstellungen einen Blumentopf produzieren wäre eine sehr nasse Angelegenheit. In Mikroskop sehen die 3 Filamentschichten wie übereinandergelegte Netze aus.

 

 

3D-Druck – Slicer Test mit LEGO

Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr im Verbund
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr im Verbund

3D-Druck – Slicer Test mit LEGO

Am Beispiel eines einfachen LEGO Bausteines wollte ich herausfinden ob es signifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Slicer Programmen gibt. Ich hatte beim ersten Probedruck meines LEGO Bausteines (mit Cura) doch erhebliche Schwierigkeiten diesen maßhaltig zu drucken. Um diesen Problem zu lösen habe ich neben Cura mit zwei weiteren Slicern gearbeitet.
Wer das Ergebnis gleich sehen möchte scrollt bitte in dem Artikel ganz nach unten.

Der Baustein ist recht einfach konstruiert. Er muss aber um seine Funktion zu erfüllen sehr passgenau sein.  Den Baustein habe ich frei parametrierbar in Autodesk Fusion 360 nach Originalmaßen konstruiert. Man findet ihn hier in Thingiverse inklusive Autodesk Fusion 360 Datei. Die Stege habe ich für den Druck etwas angepasst.

Als Drucker kam ein Prusa i3 Hephestos mit Marlin 1.4 zum Einsatz, der seit 2 Jahren fleißig vor sich hin druckt. Ein Ultimaker wäre als Hardwarereferenz natürlich besser gewesen. Aber bis auf die Eigenschaft das mein Prusa die Ecken leicht abrundet, druckt er ordentlich.
Als Filament kam preisgünstiges Markenfilament zum Einsatz.

Folgende Einschränkungen zum Slicertest hatte ich aus Zeitgründen getroffen:

  • Nur eine Firmwareversion (Marlin 1.4).
  • Keine Brücken, Überhänge und Öffnungen.
  • Nur geringe Abmessungen des Objektes.
  • Nur eine Filamentsorte (PLA, transparent)

Die geringen Abmessungen und die Notwendigkeit ineinander einrasten zu müssen sollten schnell Abweichungen von den Sollmaßen zeigen.

Folgende Slicer kamen zum Einsatz:

  • Cura
  • Slic3r
  • Simplify3d

Es wurden Cura und Slic3r innerhalb von Repetier Host verwendet.

Einheitliche Slicerparameter

Soweit wie möglich wurden die Slicer auf einheitliche Parameter eingestellt. Bei Simlify3d wurde die Extrusionsbreite auf Auto belassen. Simlify3d berechnete dafür 0,48mmm. Diese erzeugten gegenüber manuell eingestellten 0,4mm ein wesentlich besseres Ergebnis.

Die Geschwindigkeiten sind recht niedrig gewählt um Einflüsse der Hardware gegenüber dem Slicer gering zu halten.

 

Druck Druckgeschwindigkeit 40 mm/s
Reisegeschwindigkeit 80 mm/s
Erster Layer 30 mm/s
Äußere Umrandung 30 mm/s
Innere Umrandung 40 mm/s
Füllung 50 mm/s
Äußere Füllung 30 mm/s
Schichtdicke 0,2 mm
Struktur Hüllendicke 3 Perimeter
Boden/Deckendicke 3 Perimeter
Füllmuster Raster
Fülldichte 15%
Extrusion Retraktionsgeschwindigkeit 40 mm/s
Retraktionsdistanz 1 mm
Z-Sprung 0,2 mm
Filament Durchmesser 1,75
Fluss 100 %
Temperatur Filament 210 °C
Heizbett (Druck auf Tape) 20 °C
Kühlung Ab: Layer 2
Leistung Max. 100%
Erster Layer Geschwindigkeit, keine Änderungen die die anderen Schichten 30 mm/s

Slicervorschau

Um die unterschiedliche Berechnungsweise zu erkennen wurden 3 Schichten herausgegriffen.

Layer1

Da 3 Perimeter angegeben sind erzeugt Cura in der Grafik auch erwartungsgemäß 3 Perimeter Wandstärke an. Slic3r zeigt 6 an. In den Layern darüber die erwarteten 3. Die kleinen Stege hat Slic3r einfach weggerechnet.
Simlify3d verwendet nur 2 Perimeter, obwohl bei 1,2 mm Wandstärke und 0,4mm Düse 3 Perimeter genau passen würden. Das sieht auf den ersten Blick wie ein Fehler aus, bringt aber später beim Druck das beste Resultat.
Der Boden des Cura Bausteinen passt gar nicht in einen Original LEGO Baustein. Wanddicke und Außenmaße sind zu groß. Slic3r passt gut und Simplify3d perfekt.

cura layer 1
cura layer 1

slic3r layer 1
slic3r layer 1

simplify3d layer 1
simplify3d layer 1

 

Deckschicht
In der Schicht auf der die Noppen folgen, erzeugt Slic3r eine homogene Oberfläche. Das sollte mechanisch eine gute Verbindung schaffen. Die andere beiden Slicer sparen hier Material.

cura deckschicht
cura deckschicht

slic3r deckschicht
slic3r deckschicht

simplify3d deckschicht
simplify3d deckschicht

Letzter Layer
Alle Slicer bilden die Noppen aus 3 Perimetern.
Das wären insgesamt 2,4mm für die 6 Perimeter. Es verbleiben nochmal 2,4 mm für die Füllung.
Mathematisch gesehen wäre die Darstellung in Cura korrekt. Slic3r und Simplify3d geben der Füllung weniger Raum. Die Noppen passen bei allen 3 Slicern in einen Original LEGO Baustein. Taktil erzeugt Simplify3d die beste SnapIn Verbindung, gefolgt von Slic3r.

cura letzter layer
cura letzter layer

slic3r letzter layer
slic3r letzter layer

simplify3d letzter layer
simplify3d letzter layer

Druckerergebnis

Sollmaß Cura
(Repetier Host)
Slic3r
(Repetier Host)
Simlify3d
Version 15.01 1.2.9 3.0.0
Druckzeit 7:24 Min 9:57 Min. 14 Min
Filamentlänge (mm) 565 529 460
Maße X (mm) 15,8 16,30 bis 16,36 15,97 bis 16,03 15,98 bis 16,03
Maße Y (mm) 15,8 16,32 bis 16,38 16,00 bis 16,06 15,91 bis 15,96
Maße Z (mm) 9,6 (11,4) 9,62 11,49 9,63 (11,42) 9,66 11,46
Noppen Durchmesser 4,8 4,85 bis 4,98 4,79 bis 4,88 4,78 bis 4,87
Wandstärke (mm) 1,2 1,66 bis 1,72 1,31 bis 1,50 1,15 bis 1,34
Bewertung optisch Ecken leicht abgerundet Ecken leicht abgerundet, leichter Elefantenfuß Ecken leicht abgerundet, bestes Druckbild, konturenscharf
Bewertung Praxistest Noppen passen, Boden passt nicht, Baustein passt nicht zwischen 2 LEGO Steine Noppen passen, Boden passt, leichter Überstand, Baustein passt zwischen 2 LEGO Steine Boden und Noppen passen perfekt, Baustein passt zwischen 2 LEGO Steine
Slicer Stege wurden weg gerechnet Wand mit nur 2 Perimetern berechnet.

Messungen und Test

Da sich ein kleiner Elefantenfuß am 1..2 Layer kaum vermeiden lässt, wurde die Messungen darüber ausgeführt. Selbst bei Steckverbindungen stört es kaum wenn die erste Lage geringfügig breiter ausfällt. Messung und Test erfolgten final mit einem Tag Anstand zum Druck. Die Steckbarkeit wurde mit Original LEGO getestet.

Besonderheiten

Slic3r positionierte die Düse generell zu hoch, ob wohl kein Offset eingestellt war. Die anderen Slicer konnten an der identischen Stelle problemlos Drucken. Erst ein negativer Offset von 0,2mm brauchte den Kontakt zum Druckbett.

Ergebnis

Das beste Druckergebnis erzielte Simlify3d, gefolgt von Slic3r. Mein geliebtes Cura machte die Wandstärke zu dick.
Insgesamt das ist das Ergebnis ausfolgenden Gründen recht gut:
• Die CAD Datei wurde mit Original LEGO Maßen erstellt. Sie wurde von den Abmessungen nicht für den Druck optimiert. Einzig die Verstärkungsrippen habe ich anders konstruiert.
• Die Slicer sind auf einheitliche Parameter gesetzt. Da ist bei jedem Programm noch Potential.
• Sowohl die Wandstärken in der CAD Datei als auch im Slicer wären für Cura anpassbar. Mit 2 Perimeter Wandstärke oder einem Filament-Fluss von 95% dürften die Außenmaße schrumpfen. Des Weiteren ist von Cura eine neuere Version verfügbar. Diese unterstützt aber keine Delta Drucker.
• Mein Prusa erzeugt im Vergleich zum Ultimaker leicht abgerundete Ecken. Mit Ultimaker und Co. dürfte man mit alle 3 Programmen noch bessere Ergebnisse erzielen.

Fazit

Wer die 150€ ausgeben kann, macht mit Simplify3d nichts falsch.
Insbesondere wenn es bei Cura mit Delta Druckern nicht weitergeht, ist die Anschaffung eine Überlegung wert.
Die Einstellmöglichkeiten und die vorhandenen Hardwareprofile sind umfangreich. Ob es sich allerdings bei geringem Druckvolumen und Druckerpreis rentiert in eine 150€ Software zu investieren mag bezweifelt werden. Leider gibt es von Simlify3d keine Demoversion.
Slic3r druckt ordentlich. Von der Bedienbarkeit mag ich allerdings Cura mehr. Für den Alltagsdruck sind beide geeignet.

Drei Slicer im optischen Vergleich

Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Unterseite2
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Unterseite2
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Unterseite
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Unterseite
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Seite2
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Seite2
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Seite
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Seite
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Front
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Front
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Draufsicht
Vergleich Cura Slic3r Slimplify3d vlnr Draufsicht