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3D-Druck – Was man dazu benötigt

Für den 3D-Druck braucht es mehr als nur einen Drucker. Der Drucker selbst ist schnell gekauft und in Betrieb genommen. Aber reicht das?

Diese Frage mag zu Beginn etwas sinn frei erscheinen, ist aber berechtigt. Das Beschaffen eines 3D-Druckers ist wirklich kein Hexenwerk. Die Freude über die Anschaffung kann aber schnell mal abklingen, wenn man beim Kauf nicht beachtet hat, dass das Drucken von 3D-Objekten auch immer mit dem Faktor Lernen und dem Investment von Zeit einher geht. Die Kosten für den Drucker und das Filament lasse ich hier mal noch aussen vor.

Von der Idee zum fertigen Objekt

Ein 3D-Drucker ist im Grunde genommen keine besonders komplizierte Einrichtung. Es braucht für den Druck eine Mechanik, welche fähig ist in drei verschiedenen Richtungen heissen Kunststoff aus einer Düse Schicht für Schicht aufzutragen. Je nach Drucker-Typ wird das z.B. mittels einem Druckbett (Y-Achse) einem quer darüber fahrbar angeordneten Wagen für den Druckkopf (X-Achse) und einer Einrichtung zum Anheben und Absenken des Druckkopfs (Z-Achse) erreicht.

Auf dem Bild sind diese drei Achsen gut zu erkennen. Weiter benötigt man ein Filament, das ist der eigentliche Kunststoff, und schliesslich eine Steuerung, damit der Drucker weiss was er zu tun hat. Was auf dem Bild nicht zu sehen ist, ist die Heizung des Druckbett’s. Je nach verwendetem Filament muss das Druckbett noch beheizt werden. Wie man sieht, ist diese Konstruktion überschaubar.

Nun hätten wir schon mal die technischen Anforderungen, zumindest was das Drucken angeht, erfüllt. Jetzt sollte der Drucker aber auch noch wissen, was er zu drucken hat und wie. Die Steuerung eines 3D-Drucker erfolgt über so genannten G-Code. Das ist eine Datei, in welcher sämtliche Anweisungen zum Ausdrucken eines bestimmten Objekts gespeichert sind.

Nun habe ich mit dem G-Code bereits vorgegriffen und erkläre hier erst mal, wie der Weg bis zu dieser Datei überhaupt aussieht anhand eines Beispiels. Nehmen wir hierfür mal an, ich hätte die Idee, eine Halterung für mein Tablet zu erstellen bzw. zu drucken. Die Halterung sollte wie folgt aussehen (Beispiel von https://www.thingiverse.com/thing:1628542):

Wir gehen davon aus, dass wir erst die Idee haben, sonst nichts. In diesem Fall brauchen wir die Zeichnung dieses Objekts. Ich erstelle meine Wunsch-Objekte momentan mit dem Programm FreeCAD. Freecad ermöglicht es mir, eigene Objekte zu zeichnen und das im 3D-Format. Die Sache hat aber einen Haken. Wenn ich nicht weiss, wie ich ein CAD-Programm wie FreeCAD bedienen muss, dann kann ich auch keine Objekte erstellen. Ich muss also möglicherweise zuerst einmal lernen, wie man ein CAD-Programm bedient. Das ist üblicherweise mit sehr viel Fleiss verbunden. Eine Alternative, wenn auch in meinen Augen nicht gleichwertig ist es, vorhandene Objekte mit einem 3D-Scanner zu erfassen. Das geht logischerweise nur dann, wenn es sich um ein Objekt handelt, das es schon gibt und das sich auch scannen lässt. Eventuell hat man auch Glück und findet die Zeichnung auf dem Internet zum herunterladen. Wenn man im Besitz der eigentlichen Ursprungs-Datei ist, sind die Möglichkeiten diese weiter zu bearbeiten damit auch nicht eingeschränkt. Das ist also die komfortabelste Lage in der man sich befinden kann. Nehmen wir für unser Beispiel an, dass wir die oben aufgeführte Halterung erfolgreich selbst erstellt haben und somit im Besitz der Zeichnung sind. Bei FreeCAD wäre das eine Datei mit der Endung .FCstd. Dieses Format lässt sich leider noch nicht drucken. Wir müssen das Format zuerst mal umwandeln in eine so genannte STL-Datei. Eine gute Erklärung zu diesem Dateityp liefert der folgende Link

Ist man im Besitz der STL-Datei eines zu druckenden Objekts, dann lässt sich das Objekt zwar drucken, aber für die Bearbeitung, z.B. Änderungen von Grösse, Form und Farbe, eignet sich diese Datei nicht oder nur sehr eingeschränkt. Das STL-Format ist aber wohl das häufigste Format für Druckobjekte im Internet. Bei Thingiverse lassen sich wohl tausende von Objekten kostenlos herunterladen und drucken. Wer sich also zufrieden gibt mit dem Druck bestehender Objekte, der ist hier schon gut bedient.

Die STL-Datei nützt dem 3D-Drucker leider immer noch nichts. Es braucht noch ein Programm, mit dem die STL-Datei gelesen und die Anweisungen für den 3D-Drucker, der oben bereits erwähnte G-Code, erstellt werden kann. Dieses Programm nennt sich Slicer. ich verwende den Slicer Ultimaker Cura.

 

Der Slicer stellt dem Benutzer einen virtuellen Druckraum (Bauraum) dar und zeigt die Objekte (STL-Datein) in einer Vorschau. Im Slicer können die Objekte vor dem Druck angeordnet und auf Wunsch auch gleich multipliziert werden. Hier wird z.B. auch festgelegt, wie heiss das Druckbett sein soll oder wie viel Fülldichte ein Körper erhält. Fülldichte? Die als Beispiel verwendete Halterung besteht aus Teilen, welche eine bestimmte Dicke aufweisen. Nehmen wir mal an, diese Dicke beträgt 4 Millimeter. Im Slicer kann ich festlegen, ob das Teil massiv, also ganz gefüllt oder z.B. nur 50% Füllung erhält. Das spart Material und Druckzeit, geht aber auch möglicherweise zu Lasten der Stabilität. Habe ich alle Parameter für den Druck eingestellt, dann kann ich im Cura auf “Vorbereiten klicken”. Der Slicer erstellt nun den G-Code für den Drucker und sagt mir auch gleich, wie viel Material ich dafür benötigen werde und wie lange der Druck voraussichtlich dauern wird. Bei mir stimmten die Materialmengen bisher recht gut. Was die angegebene Druckzeit angeht, so dauerte der Druck meisten erheblich länger. Möglich, dass ich hier noch irgendwo einen Parameter falsch angegeben habe.

So, nun haben wir den G-Code, aber wie kommt dieser auf den Drucker? Bei meinem Drucker muss ich die Daten für den Druck auf eine SD-Karte schreiben und die Karte dann im Steuergerät des Druckers einsetzen. Der Drucker erkennt nun, dass er eine druckbare Datei zur Verfügung hat und mittels Menu kann ich den Druck beginnen. Es versteht sich von selbst, dass dafür der Drucker auch druckbereit sein muss. Also ausgerichtet, Filament eingelegt usw. Sobald ich die Datei einlese und den Druck starte wird das Druckbett beheizt, anschliessend die heizt die Düse und dann legt der Drucker los. Hier kommt schliesslich wieder der Faktor Zeit ins Spiel. Ein kleines Objekt zu drucken dauert vielleicht nur ein paar Minuten. Grosse Objekte können da Stunden wenn nicht sogar Tage in Anspruch nehmen. Das muss bei den Vorbereitungen unbedingt beachtet werden. So ein Drucker kann mitunter ziemlichen Lärm machen. Auch die Geruchsentwicklung ist nicht zu unterschätzen. Bei PLA ist hier der Rahmen noch erträglich, bei ABS sieht das dann schon anders aus. Wenn man den Drucker zu Hause betreibt, möchte man möglicherweise in Ruhe schlafen und da ist ein laufender 3D-Drucker eventuell keine gute Idee.

Kann ich den Druck abbrechen und dann weiterdrucken? Ja, das ist teilweise möglich. Meinen Drucker kann ich problemlos Abends stoppen und am kommenden Tag weiterdrucken. Trotzdem muss der Drucker aber eingeschaltet bleiben, da er sonst am kommenden Tag nicht mehr weiss, wo er am Vortag aufgehört hat.

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