Wie optimiere ich meinen 3D-Druck?

Was müssen Sie bei Ihrem 3D-Design beachten?

Schon bevor Sie mit dem Design anfangen sollten Sie sich Gedanken über die Verwendung und den Einsatzzweck Ihres 3D-Druck-Modells machen.

Wie stabil muss das Objekt konstruiert und später produziert werden?

Dreidimensionale Objekte, die in einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden, sollten einige Voraussetzungen erfüllen.

1. Geschlossene Oberflächen beim 3D-Druck

Beim 3D-Druck werden Volumenmodelle verwendet. Für diese Modelle ist eine der wichtigsten Voraussetzungen, dass eine geschlossene Fläche vorhanden ist.

Wir hatten die Thematik „wasserdicht“ bereits in unserem Blogartikel "Was ist eine STL-Datei" aufgegriffen.

Probleme mit nicht geschlossenen Flächen treten zumeist bei gescannten Objekten auf, können aber auch bei designen von Modellen entstehen. Ist ein 3D-Druckmodell nicht „geschlossen“ entstehen Lücken in der Oberfläche.

Stellen Sie sich einen Würfel vor, der nur aus fünf Seitenflächen besteht, d.h. eine Seite des Würfels bleibt offen.

Füllt man nun gedanklich Wasser in den Würfel, fließt aus der offenen Stelle das Wasser wieder heraus. Das Modell ist nicht „wasserdicht“. Der Würfel kann so nicht gedruckt werden. Dann müssen Sie die Oberflächen einer Prüfung unterziehen, um Lücken im Bauteil auszuschließen.

Einige Programme bieten Werkzeuge zur Prüfung der Kanten oder sogar automatisierte Reparaturwerkzeuge an, um offene Kanten oder Löcher zu schließen.

Die Programme heißen z.B. Netfabb oder Meshlab. Aber auch in Simplify3D werden kleine Reparaturen automatisch ausgeführt.

Geben Sie einen Druckauftrag über ein 3D-Druckdienstleister in Auftrag, werden diese Modelle, beim Hochladen verifiziert.

2. Überflüssige Kanten beim 3D-Druck

Neben der Dichtigkeit führen auch überflüssige Kanten oder Seiten dazu, dass ein 3D-Druckmodell von einem Slicerprogramm nicht richtig in Schichten zerlegt werden kann und somit nicht korrekt auf einem 3D-Drucker gedruckt werden kann.

Überflüssige Kanten oder Seiten entstehen dann, wenn man Objekte aus einzelnen Seiten und Kanten zusammenfügt. An jeder Kante muss bei einem geschlossenen Objekt, eine Fläche anliegen. Hat eine Kante keine zugehörige Fläche spricht man von einem „Manifold“-Problem.

Erzeugt man z.B. ein Rechteck über ein CAD-Programm besteht dieses aus einer Fläche und 4 Kanten. Jede dieser Kanten lässt sich verändern oder löschen. Beim Konstruieren komplexer Modelle kann es nun passieren das Kanten oder Flächen überschüssig sind. Einige Programme wie Sketchup bieten Werkzeuge die diese Überschüsse feststellen.

3. Mindestwandstärken beim 3D-Druck

Wer ein Bauteil im 3D-Druck –Verfahren herstellen möchte muss sich an Mindestgrößen halten. Das heißt Sie müssen sich im Vorfeld Gedanken zum Aufbau Ihrer Konstruktion machen. Werden diese Mindestgrößen unterschritten kann ein Objekt nicht produziert werden. Die zu dünnen Wände werden nicht erstellt oder brechen bei der Nachbearbeitung.

Bei den meisten FDM-Druckern entspricht diese minimale Wandstärke dem Durchmesser der Heizdüse. Diese liegt üblicherweise zwischen 0,3 bis 0,5 mm.

Die Mindestwandstärke spielt eine Rolle für die Stabilität des gedruckten Objekts. Je größer das Bauteil ist umso stabiler muss es gestaltet sein.

Als Faustformel gilt das Verhältnis 1:10; 1mm dickes Teil sollte max. 10mm lang sein.

Sind die Wände zu dünn gestaltet kann es bei der Nacharbeit, Versand oder dem Einsatz brechen. Je nach 3D-Druck Verfahren oder Materialeinsatz wird eine andere Minimalwandstärke benötigt.

4. Detaillierungsgrad im 3D-Druck

Als Detaillierungsgrad bezeichnet man den Abstand zwischen zwei Oberflächen. Stellen Sie sich ein Schild vor, auf dem ein Text erhaben aufgebracht ist. Ist der Abstand zwischen Fläche und Schrift zu gering, kann der Text nicht gelesen werden. Beim FDM –Druck ist ein guter Wert min. 0,2 mm. Auch hier kann nach Druckverfahren und Material der Wert variieren.

5.Spitze Winkel, beim 3D-Druck vermeiden?

Die minimale Wandstärke spielt auch eine Rolle bei spitzen Ecken und Winkeln. Grundsätzlich lassen sich im 3D-Druck spitze Winkel drucken, wird aber die minimale Wandstärke unterschritten, ist das äußere Ende einfach nicht druckbar.

Dadurch werden die Kanten nicht ausreichend miteinander verbunden und dies führt zu einem instabilen Ergebnis.

6. Überhänge im 3D-Druck

Werden Objekte mit Überhängen auf einem 3D-Drucker produziert, besteht die Gefahr, dass das Material unkontrolliert nach unten sinkt.

Da der Aufbau im FDM-Verfahren schichtweise erfolgt, benötigt die obere Schicht eine stützende Schicht darunter. Befindet sich unterhalb nichts, sinkt das Material ab und dies kann zu einem unsauberen Ergebnis oder einem Fehldruck führen.

Achten Sie beim designen, wenn möglich, auf Überhänge mit Winkeln von mehr als 45 Grad (ideal ab 60 Grad). Bei dieser Gradzahl berühren sich die neuen und die darunterliegenden Schichten. Dies führt zu ausreichendem Halt.

7. Support- /Stützstrukturen

Gegen das Absinken oder bei frei schwebenden Geometrien helfen Supportstrukturen. Die meisten Softwareprograme, wie z.B. Simplify3D können Stützstrukturen automatisch erstellen. Diese können nach dem Druck entweder weggebrochen, weggeschnitten oder ausgewaschen werden. Hat der Drucker eine zweite Düse kann ein Supportmaterial verwendet werden, das später aufgelöst werden kann.

Das PVA-Filament von Formfutura kann z.B. durch Wasser aufgelöst werden. Bei dem Formfutura HIPS Material wird Limonene verwendet. Limonene ist eine farblose Flüssigkeit auf Basis von Kohlenwasserstoff, mit einem starken Geruch nach Orangen.

Dadurch entfällt die Nacharbeit der Druckteile und es werden Beschädigungen, durch Abbrechen des Supportmaterials, minimiert.

Dies sind einige Tipps und Hinweise zum designen von 3D-Modellen gewesen

Wir empfehlen Ihnen beim Erstellen eines eigenen 3D-Modells folgende Vorgehensweise :

1. Erstellen Sie eine Skizze von Hand

Dies erleichtert den Aufbau des Modells am Computer und reduziert den Zeitaufwand beim Design und bei späteren Änderungen.

2. Notieren Sie die Dimensionen des Objekts

Sofern Sie ein Objekt nachdesignen möchten, messen Sie mit dem digitalen Messschieber nach.

3. Nutzen Sie geometrische Grundelemente

Falls möglich nutzen Sie Formen wie Box, Zylinder, Kugel, Kegel etc. um Ihr Modell grob aufzubauen

4. Gruppieren

Gruppieren Sie Elemente und erstellen Sie Komponenten mehrmals, falls diese späteren Änderungen unterliegen

5. Schritt für Schritt

Verfeinern Sie nach und nach das Design, z.B. durch abgerundete Kanten, genaue Positionierung und Angleichung der Elemente

6. Qualitätsprüfung

Erfüllt das Design alle wichtigen Voraussetzungen für den 3D-Druck, wie Wasserdichtigkeit und Mindestwandstärken? Stimmen die Dimensionen?

Wir wünschen Ihnen viel Spaß bei all Ihren Projekten.

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