Dokumentvorlage für Diplomarbeiten -...

Fachbereich Agrarwirtschaft und Lebensmittelwissenschaften

Studiengang Lebensmittel- und Bioprodukttechnologie

Sommer- und Wintersemester 2015/2016

FOODPRINT3D

Erstellen einer Gussform für Lebensmittel sowie eines

Handbuches zur Durchführung

Masterarbeit

Verfasserin: Josephin Steinke

URN: urn:nbn:de:gbv:519-thesis2015-0639-4

Betreuer: Prof. Dr. Siegfried Bolenz

M. Eng. Martin Kiskemper

Neubrandenburg, den 17.02.2016

Inhaltsverzeichnis

I

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung ......................................................................................................... 4

2. Stand von Wissenschaft und Technik ........................................................... 5

2.1 3D-Druck .......................................................................................................... 5

2.1.1 3D-Druck in der Lebensmitteltechnologie ........................................................ 9

2.1.2 Vorteile und Nachteile der 3D-Drucktechnik im Vergleich zu herkömmlichen Gussformen ..................................................................................................... 12

2.2 CAD Programme ............................................................................................ 15

2.2.1 Allgemein ........................................................................................................ 15

2.2.2 Inventor ........................................................................................................... 16

2.3 Host-Programme ............................................................................................. 20

2.3.1 Allgemein ........................................................................................................ 20

2.3.2 Repetier-Host .................................................................................................. 20

2.4 Slicing-Programme ......................................................................................... 22

2.4.1 Allgemein ........................................................................................................ 22

2.4.2 Slic3r ............................................................................................................... 24

3. Material und Methoden ................................................................................ 27

3.1 Verwendetes Material ..................................................................................... 27

3.2 Der 3D-Drucker Multirap M420 ..................................................................... 28

3.3 Versuchsplanung und Projektübersicht ........................................................... 31

3.3.1 Versuchsplan der Vorversuche ....................................................................... 31

3.3.1.1 Versuchsreihe: z-offset ................................................................................... 33

3.3.1.2 Versuchsreihe: Retraction - Length ................................................................ 33

3.3.1.3 Versuchsreihe: Lift Z ...................................................................................... 34

3.3.1.4 Versuchsreihe: Speed ...................................................................................... 34

3.3.1.5 Versuchsreihe: Extra length on restart ............................................................ 35

3.3.1.6 Versuchsreihe: Minimum travel after retraction ............................................. 35

3.3.1.7 Versuchsreihe: Retract on layer change .......................................................... 36

3.3.1.8 Versuchsreihe: Wipe while retracting ............................................................. 36

3.3.1.9 Versuchsreihe: Extrusion multipier ................................................................ 36

3.3.1.10 Versuchsreihe: Extrudertemperatur - First layer .................................... 37

3.3.1.11 Versuchsreihe: Extrudertemperatur – Other Layer ................................ 37

3.3.1.12 Versuchsreihe: Betttemperatur ............................................................... 37

3.3.1.13 Versuchsreihe: Layer height ................................................................... 38

Inhaltsverzeichnis

II

3.3.1.14 Versuchsreihe: First layer height ............................................................ 39

3.3.1.15 Versuchsreihe: Perimeters ...................................................................... 40

3.3.1.16 Versuchsreihe: Solid Layers – Top ........................................................ 41

3.3.1.17 Versuchsreihe: Solid Layers – Bottom ................................................... 42

3.3.1.18 Versuchsreihe: Extra perimeters if needed ............................................. 42

3.3.1.19 Versuchsreihe: Avoid crossing perimeters (slow) .................................. 42

3.3.1.20 Versuchsreihe: Detect thin walls ............................................................ 42

3.3.1.21 Versuchsreihe: Detect bridging perimeters ............................................ 43

3.3.1.22 Versuchsreihe: Seam position ................................................................ 43

3.3.1.23 Versuchsplanung: External perimeters first ........................................... 43

3.3.1.24 Versuchsreihe: Fill density ..................................................................... 44

3.3.2 Versuchsplan der Gussformen für die Schokolade ......................................... 45

4. Ergebnisse ...................................................................................................... 47

4.1 Vorversuche .................................................................................................... 47

4.1.1 Versuchsreihe z-offset..................................................................................... 47

4.1.2 Versuchsreihe: Retraction – Length ................................................................ 48

4.1.3 Versuchsreihe: Lift Z ...................................................................................... 49

4.1.4 Versuchsreihe: Speed ...................................................................................... 49

4.1.5 Versuchsreihe: Extra length on restart ............................................................ 50

4.1.6 Versuchsreihe: Minimum travel after retraction ............................................. 51

4.1.7 Versuchsreihe: Retract on layer change .......................................................... 52

4.1.8 Versuchsreihe: Wipe while retracting ............................................................. 53

4.1.9 Versuchsreihe: Extrusion multipier ................................................................ 53

4.1.10 Versuchsreihe: First Layer .............................................................................. 54

4.1.11 Versuchsreihe Extrudertemperatur – Other Layer .......................................... 54

4.1.12 Versuchsreihe: Betttemperatur ........................................................................ 55

4.1.13 Versuchsreihe: Layer height ........................................................................... 56

4.1.14 Versuchsreihe First layer height ..................................................................... 57

4.1.15 Versuchsreihe: Perimeter ................................................................................ 57

4.1.16 Versuchsreihe: Solid Layers – Top ................................................................. 58

4.1.17 Versuchsreihe: Solid Layers – Bottom ........................................................... 59

4.1.18 Versuchsreihe: Extra perimeters if needed ..................................................... 59

4.1.19 Versuchsreihe: Avoid crossing perimeters (slow) .......................................... 59

4.1.20 Versuchsreihe: Detect thin walls..................................................................... 60

4.1.21 Versuchsreihe: Detect bridging perimeters ..................................................... 60

Inhaltsverzeichnis

III

4.1.22 Versuchsreihe: Seam position ......................................................................... 61

4.1.23 Versuchsplanung: External perimeters first .................................................... 61

4.1.24 Versuchsreihe: Fill density ............................................................................. 62

4.2 Schlussfolgerung und weiteres Vorgehen ....................................................... 62

4.3 Ergebnisse und Diskussion der Schokoladengussformen ............................... 67

4.4 Erfahrungsbericht Anwendungsschulung 3D-Druck ...................................... 72

4.5 Erfahrungsbericht Modul Produktentwicklung im Masterstudiengang .......... 75

4.6 Handbuch zur Durchführung .......................................................................... 78

4.6.1 Aufbau und Bestandteile des Systems ............................................................ 78

4.6.2 Inbetriebnahme des 3D-Druckers Multirap M420 .......................................... 84

4.6.3 Wartung und Pflege des 3D-Druckers Multirap M420 ................................... 90

4.6.4 Filamentdatenbank .......................................................................................... 91

4.6.5 Tipps & Tricks ................................................................................................ 96

4.6.6 Die wichtigsten Begriffe (Glossar) ............................................................... 100

4.7 Abschlussdiskussion ..................................................................................... 106

5. Zusammenfassung ....................................................................................... 107

6. Abstract ........................................................................................................ 108

7. Literatur ....................................................................................................... 109

8. Verwendete Abkürzungen .......................................................................... 113

9. Abbildungen ................................................................................................ 114

10. Tabellen ........................................................................................................ 117

11. Anhang ......................................................................................................... 118

11.1 Druckereigenschaften in Repetier-Host ........................................................ 118

11.2 Den Multirap M420 mit dem Tablet bedienen: ............................................ 120

1. Einleitung

4

1. Einleitung

Die Technologie des 3D-Drucks erfährt in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung vor

allem im Bereich der Forschung und Entwicklung aber auch in den Haushalten. In den

Verschiedenen Bereichen wie Flugzeugbau, Automobilindustrie aber auch

Lebensmittelindustrie gibt es Fortschritte in Bezug auf die 3D-Druck-Technologie. Auch die

Hochschule Neubrandenburg möchte sich unter anderem im Fachbereich

Lebensmitteltechnologie das Knowhow aneignen um auch attraktiver Partner für die

Unternehmen zu sein. Aufgrund dessen wurde eine Arbeitsgemeinschaft aus Studenten

gebildet. Die erste Aufgabe der Arbeitsgruppe lag darin sich in die Thematik einzufinden und

in gewissem Rahmen einen geeigneten 3D-Drucker zu finden. Nach ausgiebigen Marktrechen

wurde der Multirap M420 der Firma Multec angeschafft, aufgebaut und justiert. Im Rahmen

des Forschungsprojektes sollen zwei große Ziele verfolgt werden. Zum einen sollen

Lebensmittel mittels 3D-Drucker in eine individuelle Form gebracht werden und zum anderen

sollen individuelle Formen für Lebensmittel aus Kunststoff gedruckt werden.

Aufgrund dieser Ziele ergaben sich Aufgabenstellungen, wie zum Beispiel: welches Material

eignet sich für Lebensmittelformen, welche Lebensmittel eignen sich zur Ausformung und

wie soll dieses realisiert werden. Eine weitere Herausforderung an die Projektteilnehmer, ist

es sich mit dem System auseinander zu setzen und sich das notwendige Wissen anzueignen.

Das Projektteam arbeitet zwar zusammen, wobei jeder Teilnehmer seine eigenen

Schwerpunkte bearbeitet. Im Rahmen des Masterprojektes haben Herr Helmholz und Herr

Güds Teilgebiete ausgearbeitet, die zu Erfüllung der Hauptziele beitrugen. So hat Herr

Helmholz sich mit mehreren CAD-Programmen auseinander gesetzt und herausgefiltert,

welches dieser Programme sich am besten für die Aufgabenerfüllung eignet. Herr Güds sollte

sich mit den betriebswirtschaftlichen Aspekten eines solchen Projektes befassen. Im Rahmen

der Masterthesis wurde sich mit den Kernzielen beschäftigt, so befasst sich Herr Franke mit

der Aufgabenstellung, Lebensmittel mittels 3D-Drucktechnik in eine individuelle Form zu

bringen. Kern dieser Arbeit ist es individuelle Formen für Lebensmittel herzustellen.

Zunächst wird sich mit den Grundlagen der 3D-Drucktechnik befasst. Nach erfolgreichem

Einarbeiten in das System sollen die Eistellungen des Multirap M420 mit Hilfe der

notwendigen Software optimiert werden. Nachdem die Druckereinstellungen festgelegt sind,

werden die vorher gestalteten Lebensmittelgussformen gedruckt.

2. Stand von Wissenschaft und Technik

5


2.1 3D-Druck

Der 3-D Druck ist eine Technologie die sich in den letzten Jahrzehnten entwickelt hat und

schreitet weiter voran. Das Verfahren bildete sich in den 1980er Jahren aus, unter dem Begriff

„Rapid Prototyping“ und bildet somit ein Teilgebiet. Es ist ein Fertigungsverfahren, bei dem

die Modelle bzw. Objekte ohne Werkzeuge wie Hammer oder Bohrer hergestellt werden,

stattdessen spielt die Chemie und/oder Physik bei Härtungs- oder Schmelzprozessen eine

große Rolle. Das Grundverfahren, um die Modelle zu produzieren, äußert sich durch einen

schichtweisen Auftrag von formlosem Material. In den letzten Jahrzehnten haben sich viele

Verfahren entwickelt, doch das Grundprinzip des schichtweisen Aufbaus der Objekte ist bei

allen Verfahren gleich (Fastermann, 2012).

Als Erfinder des 3D-Drucks gilt Chuck Hull. Er meldete 1986 das Patent für das Verfahren

der Stereolithographie an, des Weiteren beteiligte er sich an den Entwicklungen des STL

Datenformats sowie der Schnittstelle von CAD zum 3D-Druck. Zudem ist er der Gründer von

3D-Systems, ein Unternehmen in den USA, welches alles von der Software bis hin zum 3D-

Drucker anbietet. Für diese Leistungen wurde ihm 2014 in Berlin der Europäische

Erfinderpreis verliehen (Pfeifer, 2014). Seitdem der Grundstein für diese Technologie gesetzt

wurde, entwickelt sie sich weiter. Zunächst wurde das Verfahren bspw. in der Filmindustrie

eingesetzt, um seltene oder teure Requisiten nachzubauen. Die IT-Technologie ist in dieser

Branche schon so weit fortgeschritten, dass Actionszenen mittels computergenerierten Szenen

produziert werden können, doch durch den 3D-Druck können die Filme mit realen

Gegenständen in kleinerem Maßstab gedreht werden (Nitz, 2015). Nicht nur die Filmbranche

nutz diese Technologie, sondern auch die Industrie. Durch den 3D-Druck wird weniger

Maschinentechnik benötigt. Zusätzliche Arbeitsschritte wie das Drehen, Bohren, Fräsen,

Polieren, Schleifen oder auch das Biegen eines Metallstückes entfallen. Die

Fertigungsbetriebe sind nicht mehr an einen bestimmten Standort gebunden, um ein Produkt

zu produzieren, sie benötigen lediglich die notwendigen Softwares, die Rohstoffe und einen

Drucker. Große Maschinen für die Herstellung eines Werkstückes sind nicht mehr notwendig,

sowie große Lager gehören der Vergangenheit an. Schaut man in die Automobilindustrie, so

müssen Ersatzteile ausgelaufener Modelle nicht mehr in großer Stückzahl im Lager

vorhanden sein, sondern es reicht lediglich die Datei des Objektes. In der Entwicklung neuer

Produkte ist das Verfahren vorteilhaft: Prototypen können am PC entworfen werden und dann

ausgedruckt werden. Sofern das Verfahren schneller und kostengünstiger ist, ist es nicht mehr


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notwendig die Modelle aufwendig zusammen zu bauen. Sobald der Prototyp dann in die

Massenproduktion geht, müssen keine großen Maschinen angeschafft werden. Wenn sich

doch ein Konstruktionsfehler einschleicht, muss nicht gleich eine ganze Anlage umgebaut

werden. Die Datei des Objektes wird bearbeitet und die verbesserte Version kann ohne

weiteren Aufwand gedruckt werden. Vielleicht hört sich das noch wie „Zukunftsmusik“ an

aber in vielen Unternehmen wird die Technologie des 3D-Drucks schon genutzt. Um einen

Einblick in den 3D-Druck zu bekommen, stehen im Internet Videos bereit unteranderem die

Firma Siemens die Technologie nutzt (Hausman, et al., 2014). Nicht nur die großen Firmen

können dieses Verfahren nutzen, denn in den letzten Jahren hat sich die Technologie soweit

entwickelt, dass sich jeder Haushalt einen 3D-Drucker kaufen kann. So gibt es einen großen

Markt an 3D-Druckern für den Hausgebrauch, entweder kann ein Komplettes System gekauft

werden oder ein Bausatz. Es gibt deutliche Unterschiede in Preis und Qualität der 3D-Druck-

Systeme für den Hausgebrauch oder für die Industrie. Wie eingangs erwähnt, entwickelt sich

das Verfahren des Rapid-Prototyping laufend weiter. Im Rahmen dieses Projektes wurde sich

mit den einzelnen Verfahren auseinandergesetzt, um einen geeigneten 3D-Drucker für die

einzelnen Zielsetzungen der Teilnehmer zu finden. Daher wird in Tabelle 2.1 kurz auf die

einzelnen Verfahren eingegangen um einen Überblick zu erhalten.

Tabelle 2.1: Kurze Übersicht über die einzelnen 3D-Druckverfahren (Breuninger, et al., 2013)

Verfahrensgruppen Verfahren Beschreibung Sinter- und Pulverdruckverfahren

Gipspulver Die Objekte werden bei diesen Verfahren mit Gips oder anderen Pulver, wie Keramik oder Metalle hergestellt. Entweder wird das Material durch ein Bindemittel verfestigt oder durch einen Laser bzw. einen Elektronenstrahl schichtweise miteinander verschmolzen. Eine andere Variante ist, das Material wird geschmolzen und mittelst einer Düse schichtweise aufgetragen.

Selektives Lasersintern (SLS) Selektives Laserschmelzen (SLM) Elektronenstrahlschmelzen (EBM) Fused Deposition Modeling (FDM) Laserauftragsschweißen

Stereolithographie Stereolithographie (STL oder SLA)

Der Kunststoff bei diesen Verfahren ist flüssig und in einem Bad. Ein Laser härtet den Kunststoff aus und durch herabsenken der Druckplatte entsteht das Objekt. Dem ähnlich ist das Verfahren FDI, nur das ein Beamer das Material aushärtet und dieses werden nicht in einem Bad durchgeführt, sondern eine Transportfolie wird verwendet. Eine Mischung aus diesen beiden Verfahren ist DLP.

Film Transfer Imaging (FTI) Digital Light Processing (DLP)


7

Verfahrensgruppen Verfahren Beschreibung Drucken mit flüssigen Bauteilen

Multi-Jet Modeling (MJM) Das Flüssige Material wird über Düsen aufgetragen und dann unter UV-Licht gehärtet. Werden mehrere Düsen Verwendet, wird das Verfahren Polyjet genannt, so können Objekte aus unterschiedlichen Materialien und Farben hergestellt werden.

Polyjet

Weitere 3D-Druck Verfahren

Laminated Object Modeling (LOM)

LOM ist eine Herstellungsmethode, bei der dünne Schichten miteinander Verklebt werden und mittels Laser, Messer oder heißen Draht in Form gebracht werden. SPM ist eine Art Spritzgießen, dieses ermöglicht eine hohe Stückzahl. Dabei wird der Maschinenaufwand möglichst klein gehalten. CC ist ein Verfahren, bei dem der Drucker sehr groß sein muss, denn es wird zum Häuserbau verwendet. Es wird schnell Bindendes Material eingesetzt, welches es ermöglicht ein Haus an einem Tag in einem Guss zu bauen.

Space Puzzle Molding (SPM) Contour Crafting (CC)

Das Verfahren, welches in dieser Arbeit angewandt wird, ist die Schmelzschichtung. Dieses

wird auch Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF)

genannt. Dieses Verfahren wird häufig genutzt, vor allem für Prototypenerstellung,

Produktionsapplikation und Modellierungen. In Abbildung 2.1 ist der Aufbau bzw. die

Funktionsweise dieses 3D-Druckverfahrens dargestellt. Im Folgenden wird zusammenfassend

beschrieben, wie das Verfahren funktioniert. Einzelne Details und Funktionsweisen über

Bauteile, Parameter oder Software, werden in den nachfolgenden Abschnitten erläutert.


8

Abbildung 2.1: Prinzip des 3D-Drucks im Fused Deposition Modeling Verfahren (CustomPartNet, 2015)

Das gewünschte Modell wird am Computer mit einem CAD-Programm konstruiert und als

STL-Datei gespeichert. Das Model kann durch dieses Dateiformat in einem Slicing-

Programm bearbeitet werden. Dieses Programm zerlegt das Objekt in einzelne Schichten und

generiert mit den eingestellten Informationen einen G-Code. Dieser G-Code wird über ein

Host-Programm an den 3D-Drucker übertragen. Somit erhält der Drucker die Informationen,

wie und wo das Filament aufgetragen werden muss, damit ein 3D-Objekt entsteht.

Das Prinzip dieses Verfahrens ist, das Material geschmolzen wird und dann schichtweise

aufgetragen. Das Material, welches aufgeschmolzen wird, ist in der Regel Kunststoff. Dieser

Kunststoff, auch Filament genannt, wird als Draht auf eine Spule gewickelt. Mittlerweile gibt

es verschiedenste Materialien die Verwendet werden können, mehr dazu in Abschnitt 3.1.

Verwendetes Material. Das Filament wird über den Extruder in die Düse befördert. Die Düse

wird beheizt, um so die optimale Temperatur zu erreichen, damit das Material schmilzt und

über das Hotend auf den Drucktisch aufgetragen wird. Das geschmolzene Filament wird

Schichtweise aufgetragen. Durch die Hohen Temperaturen verbinden sich die Schichten, auch

Layer genannt, miteinander. Durch zusätzliches verwenden eines Lüfters, kann das abkühlen

des Materials beschleunigt werden. Der Drucktisch kann beheizt werden, dieses ist abhängig

vom Material. In der Abbildung ist es so dargestellt, das der Extruder bzw. die Baueinheit


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sich X- und Y-Richtung bewegt und Das Druckbett in Z-Richtung (Womann, 2014). Der 3D-

Drucker, der im Rahmen dieser Arbeit verwendet wurde, bewegt sich entgegengesetzt. Der

Multirap M420 bewegt den Drucktisch in X- und Y-Richtung und Die Extrudereinheit bewegt

sich entlang der z-Achse. Die Qualität des Ausdruckes ist unter anderem abhängig von der

Layerhöhe. Je nach 3D-Drucker und verwendeter Düse, können die Schichten in eine Höhe

von 0,025 bis 1,25mm gedruckt werden (Hagl, 2015).

Vorteile des Verfahrens ist, das es einfach umsetzbar ist, da das Patent von 1986 ausgelaufen

ist. Aufgrund dessen wird es laufend weiterentwickelt und in der Regel im Rahmen des Open

Source Projektes. Dadurch können 3D-Drucker für den Privaten Nutzer preiswert erworben

werden. Bausätze von 500 bis 1000€ und Komplettgeräte in einer Preisspanne von 1000 bis

3000€. Geräte die dauerhaft genutzt werden sollen, sind ab 3000€ erhältlich. Das Verfahren

weist einige Nachteile auf. Unter anderem begrenzte Auflösung, einige Materialien lassen

sich schlecht extrudieren oder härten langsam aus und teilweise sind Übergänge umständlich

handzuhaben (Reitberger, 2014). Weiterhin ist zu beachten, dass durch Qualitätssteigerung

die Fertigungsdauer steigt. Das bedeutet, dass durch geringere Layerhöhe sich das Druckbild

verbessert, da die einzelnen Schichten nicht mehr so deutlich zu sehen sind, doch die

Druckzeit erhöht sich. Soll das Bauteil mechanischen Belastungen standhalten, verlängert sich

die Druckzeit auch, da das Objekt mit mehr Füllung gedruckt wird (Popp, 2015).

2.1.1 3D-Druck in der Lebensmitteltechnologie

Nicht nur mit Kunststoffen kann gedruckt werden. Mittlerweile gibt es viel Unterschiedliche

Lebensmittel die mittels 3D-Druck in Form gebracht werden. Einer dieser Food-Printer ist der

„Bucusini“. Das Unternehmen Print2Taste GmbH, mit Sitz in Freisingen, verkauft nach

eigenen Angaben den weltweit ersten Plug & Play 3D Lebensmitteldrucker. Der Drucker

kann derzeit nur vorbestellt werden und soll dann ab März 2016 geliefert werden. Für 1199€

ist der Lebensmitteldrucker erhältlich und kann für alle fließfähigen Lebensmittel verwendet

werden. Das Verfahren ist ähnlich dem der Schmelzschichtung, nur das statt Filament

nachfüllbare Patronen mit einem Volumen von 60 ml verwendet werden, in denen das

Lebensmittel gefüllt wird. Die Drucktemperatur liegt zwischen 20 – 70°C und der

Düsendurchmesser zwischen 1 und 3 mm. Der Druckraum beträgt 150 x 150 x 130 mm und

der Drucker kann ohne zusätzlich Software gesteuert werden, da die Steuerung über fast jedes

Smartphone oder Tablet möglich ist. Zu dem 3D-Drucker werden 600g Lebensmittel geliefert,

z.B. Mandelzuckermischung, Fondant oder Schokolade (Print2Taste, 2014). Auf der


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Gastronomiemesse GAST stellte sich die Firma mit dem Stephansdom aus Marzipan vor und

kündigt die Markteinführung des Lebensmitteldruckers für Februar 2016 an (Krämer, 2015).

Das Startup-Unternehmen Print2Tast bietet mit „Bucusini“ die Möglichkeit schnell und

einfach z.B. Torten in verschieden Farben und Lebensmitteln zu beschreiben (Kampf, 2015).

Doch der „Bucusini“ bleibt nicht lange allein auf dem Markt. Beispielsweise wurde von der

Firma Barilla auf der Weltausstellung in Mailand ein Nudelprinter Prototyp gezeigt. So

können nun die Nudeln in eine individuelle Form gebracht werden. Zurzeit ist der

Nudelprinter nicht Praxis reif, doch benötigt er für einen Teller Nudeln nur noch zwei

Minuten, nicht wie anfangs für eine Nudel zwanzig Minuten (Süddeutsche Zeitung, 2015).

Nicht nur auf der Erde soll ein 3D-Drucker Menschen ernähren. Die Nasa hat einen 3D-

Drucker entwickelt, der Pizzaböden ausdrucken soll. Er wurde zu Testzwecken im September

2014 auf die Internationale Raumstation geschickt. Hergestellt wurde der 3D-Drucker

Namens Portal von dem Unternehmen Made in Space, doch bislang wurden nur Ergebnisse

mit 3D-Objekten aus Kunststoff untersucht (Rötzer, 2014).

Ein weiterer Food-Printer wurde von der Firma 3D Systems auf der Elektronikmesse CES in

Las Vegas vorgestellt. Es sind genau genommen zwei 3D-Drucker, der Chefjet und der

Chefjet Pro. Dabei handelt es sich um Süßigkeiten die gedruckt werden und der Chefjet Pro

ist schon die Erweiterung. Er hat einen Bauraum von 25 x 36 x 20 cm und kann mehrfarbig

drucken. Die Software die von der Firma verwendet wir heißt The Digital Cookbook. Das

Verwendete Material ist Zucker, welches Schichtweise aufgetragen wird und als Bindemittel

wird Wasser verwendet. Ende Dezember 2014 präsentierte die Firma 3D System in

Zusammenarbeit mit The Hershey Company den Schokoladen 3D-Drucker Cocojet (Pluta,

2014).

Ein anderes Konzept verfolgen die Entwickler des Food-Printers Foodini. Die Rezepte für das

Druckmaterial stehen in einer Cloud zu Verfügung oder es können neue Rezepte hochgeladen

werden. Dieser 3D-Drucker kann Beispielsweise individuell geformte Plätzchen drucken. Da

der Drucker mit selbst hergestelltem Teig gefüllt wird, anders als der Bucusini, soll der Spaß

am Kochen gefördert werden (Krämer, 2014).

Es gibt noch viele weiter Beispiele unteranderem das man sein Gesicht einscannen kann und

dann als Lutsch drucken. Doch gibt es auch Forschungen im Bereich des Food-Prints, bspw.

an der Fachhochschule Weihenstephan. Es ist ein EU-Forschungsverbundprojekt unter der

wissenschaftlichen Leitung des Instituts für Lebensmitteltechnologie. Ziel dieses Projektes,

war es personalisierte auf den Patienten mit Kau- und Schluckbeschwerden zugeschnittene


11

Lebensmittel herzustellen, die zum einen aussehen wie Lebensmittel und zum anderen auch

so schmecken. Der Lebensmitteldrucker wurde 2014 zum Tag der offenen Tür der EU

Institutionen vorgestellt (Lötzbeyer, 2014).

Das Einsatzgebiet des 3D- Drucks in der Lebensmitteltechnologie beschränkt sich nicht nur

auf Ausdrucke aus Lebensmitteln, dazu zählen auch verschiedenste Formen für

Schokoladentafeln, zum Ausstechen von Keksen oder zum Backen. Die Herstellung und der

Einsatz origineller bzw. personalisierter Formen spielt eine immer größere Rolle im

Lebensmittelsektor, um sich von seinen Konkurrenten, zu differenzieren. Der relativ junge

3D-Markt bietet noch Kapazität sich durch die Bereitschaft, Kundenwünsche genau zu

ermitteln und individuell umzusetzen, eine Position zu sichern. Die personalisierte

Ausrichtung der Marketingstrategie auf die potenziellen Kundengruppen aus der

Lebensmittelindustrie ist für die erfolgreiche Etablierung eines neuen 3D-Druck-

Unternehmen empfehlenswert. Die Facharbeit „Development of a marketing strategy for 3D

food printing products“ von Michael Güds setzt sich mit diesem Themenschwerpunkt

auseinander. Die Analyse wurde auf eine Auswahl von Klein- mittelständische Back- und

Süßwarenhersteller beschränkt. Im Rahmen der Marktuntersuchung wurden 20 Firmen aus

Mecklenburg-Vorpommern und fünf Betriebe aus anderen Bundesländern befragt. Die

Umfrage wurde per E-Mail durchgeführt und der Rücklauf umfasste drei ausgefüllte

Fragebögen und eine Anfrage für 3D-gedruckte Schokoladenformen. Durch die Befragung

konnten die Informationen gewonnen werden, in welcher Form ein Bedarf besteht und wie

dieser befriedigt werden könnte. Eine weitere Erkenntnis ist, dass die Unternehmen sich für

mehr Informationen zum Thema 3D-Druck-Technologie sowie deren Einsatz in ihrer Branche

interessieren. Aus diesem Grund wird in der Arbeit empfohlen, dahin gehend Informationen

zu beschaffen, die nach den Bedürfnissen der einzelnen Unternehmen aufgeschlüsselt wurden.

Dadurch ist es möglich, am Kunden ausgerichtete Vorschläge und Lösungen für ihre

individuellen 3D-Formen anzubieten. Diese Angebote können durch Kundengespräche weiter

modifiziert werden. Diese Vorreiterrolle, zunächst nur in der Region Mecklenburg-

Vorpommern, würde ein Alleinstellungsmerkmal für ein neu zu gründende 3D-Druck-

Unernehmen schaffen. Mit diesem Wissen wurde in der Arbeit die Idee entwickelt, dass die

Hochschule Neubrandenburg bzw. die Studenten durch die Gründung eines Start-ups

Einnahmen generieren können, um die Forschung und Entwicklung am 3D-Druck zu

finanzieren. Das angeeignete Know-how ist ein entscheidender Vorteil bei der

Unternehmensgründung, weil dadurch eine professionelle Umsetzung der Kundewünsche

angeboten werden kann. Der Weltmarkt zeigt einen wachsenden aufwärts Trend im Bereich


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3D-Druck und den 3D-Produkten. Da ein Bedarf bei den Lebensmittel verarbeitenden

Unternehmen zu erkennen ist, für individuell gestaltete Formen und nur wenige Anbieter in

diesem Bereich tätig sind, kann die Hochschule Neubrandenburg laut Herr Güds dieses

Marktpotenzial durch die Gründung eines Start-ups im Bereich der 3D-Druck-

Dienstleistungen ausschöpfen (Güds, 2015).

2.1.2 Vorteile und Nachteile der 3D-Drucktechnik im Vergleich zu herkömmlichen

Gussformen

Um Beispielsweise Schokoladentafeln, Hohlkörper oder Pralinen herzustellen, werden

Gussformen verwendet. Diese Formen werden aus vorrangig Polycarbonat hergestellt und

durch die Verfahren Spritzgießen oder Thermoformen. Chemisch gehören Polycarbonate zu

den Polyestern. Es ist ein amorpher und polarer Kunststoff, der sich durch eine hohe

Transparenz, gute Schlagzähigkeit und Wärmeformbeständigkeit auszeichnet. Weiterhin weist

er eine mittlere bis hohe Festigkeit, Maßhaltigkeit und Steifigkeit auf. Polycarbonat kann in

den Temperaturbereichen von -40°C bis 130°C dauerhaft verwendet werden (Abts, 2010). In

Tabelle 2.2 ist ein Auszug der Technischen Daten von Polycarbonat abgebildet.

Tabelle 2.2: Auszug des Technischen Datenblattes von Polycarbonat (Winkler, 2006)

Technische Daten DIN ISO Einheit Wert Dichte DIN 53479 ISO 1183 g/cm³ 1,20 Biegefestigkeit ISO 178 MPa 95 Bruchdehnung ISO 527 % 80 Charpy Kerbschlagzähigkeit ISO 179 kJ/m² 40 Kugeldruckhärte ISO 2039-1 MPa 130 Wärmeleitfähigkeit DIN 52612 W/(m*K) 0,21 Wärmeformbeständigkeit HDT-A (1,80 Mpa)

DIN 53461 °C 135

Dauergebrauchstemperatur 20 000h DIN 53446 °C 115

Durch das Verfahren des Spritzgießens können in einem Arbeitsschritt fertig geformte Teile

komplexer Geometrie und beliebiger Größe in hohen Stückzahlen hergestellt werden. Die

Herstellung einzelner Teile kann in kurzen Wiederholungszyklen erfolgen und bedarf in der

Regel keiner Nachbearbeitung. Daher ist das Spritzgussverfahren ein

Massenherstellungsverfahren. Im Allgemeinen wird das Spritzgussverfahren wie folgt

durchgeführt. Die Form besteht aus mindestens zwei Formhälften, die Düsenseite und die


13

Auswerferseite, dieser Aufbau ist in Abbildung 2.2 dargestellt. Die Geometrie ist so in die

Formplatten eingearbeitet, dass beim Schließen der Form ein exakter Hohlraum, die Kavität

des Spritzlings entsteht. Die beiden Hälften müssen während des Prozesses mit sehr großer

Kraft entweder hydraulisch oder mechanisch über Kipphebel zusammengehalten werden. Bis

zu 90t Schließkraft werden benötigt um dem Spritzdruck entgegen zu halten. Bei der

Ausrichtung der Kavitäten wird darauf geachtet, dass der Spritzling an der Auswerferseite

haften bleibt. Dabei wird das Schrumpfen des Kunststoffes beim Abkühlen ausgenutzt. Nach

dem Öffnen der Form kann das Kunststoffteil sicher über die Auswerferstifte entformt

werden. Der Kunststoff wird dem Prozess als Kunststoffgranulat zugeführt. Das Granulat

wird je nach Kunststoffeigenschaften erhitzt, damit es schmilzt und über eine

Extruderschnecke zu einer Düse mit 600 bar Druck gefördert und in die Ausgusskanäle der

Spritzgussform eingespritzt wird. Der Flüssige Kunststoff befüllt die Formkavität, dies

geschieht in kürzester Zeit. Ist der Vorgang abgeschlossen, wird die Form abgekühlt, dadurch

wird der Spritzling zum Erstarren gebracht. Ist der Kunststoff erstarrt, wird die Form geöffnet

und das Teil wird ausgeworfen. Die Dauer dieser Phase hängt hauptsächlich von der

Wandstärke des Teils ab. Der Spritzling ist nun zur Weiterverarbeitung oder zum Versand

bereit (Michaeli, 1993).

Abbildung 2.2: Aufbau und Funktionsweise des Spritzgießens (German RepRap GmbH, 2015)

Neben den Spritzgussformen sind Schokoladengussformen erhältlich, die für das Verfahren

des Thermoformens hergestellt werden. Dieses Verfahren ist zu vergleichen mit dem

Tiefziehen von Metallen oder Kunstoffen. Der Kunststoff kommt in Form von Platten oder

Folien zum Einsatz um muss für diesen Prozess erwärmt werden. Die Erwärmte Platte wird

unter Vakuum in eine temperierte Form hineingesaugt. Das Produkt verbleibt solange in der


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Form, bis der Kunststoff wieder steif und fest geworden ist, dieses ist abhängig von der dicke

der Platte und der Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes. Sofern das Teil formstabil ist, wird es

aus der Form entnommen. Der noch vorhandene Rand muss dann mechanisch entfernt

werden, beispielsweise durch stanzen. Auch dieses Verfahren wird vor allem bei der

Massenproduktion angewandt.

Eine weitere Möglichkeit Schokoladenformen mit einem 3D-Drucker herzustellen wird von

Johannes Lutz auf seiner Website gezeigt. Die gewünschten Motive werden als positiv Form

mit dem FDM-Verfahren gedruckt und Aceton-Dampf nachbearbeitet um die Oberflächen zu

glätten. Aus lebensmittelechtem Silikonkautschuk wird die negativ Formen gegossen und

durch Stöße werden die Luftblasen entfernt, damit der Silikonkautschuk aushärten kann.

Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden um mehrere Schokoladenformen mit den

gleichen Motiven herzustellen. Die Positivform kann so schnell und kostengünstig hergestellt

werden. Die Nacharbeitung und Glättung der Oberflächen mit Aceton-Dampf kann schnell

durchgeführt werden. Dieses ist ein Projekt aus dem Labor für Robotik und virtuelle Systeme

an der Hochschule Aalen (Lutz, 2016).

In diesem Projekt werden die Schokoladengussformen direkt ausgedruckt mit dem 3D-

Drucker. Im Vorfeld wurden die einzelnen Verfahren erläutert um nun Vor- und Nachteile

herauszufiltern. Das Thermoformen und das Spritzgießen werden für die Massenproduktion

eingesetzt. Im Gegensatz dazu werden die Gussformen und die Negativformen, die mit einem

3D-Drucker erstellt werden, für individuelle Schokoladentafeln eingesetzt mit einer geringen

Stückzahl. Die 3D-Druck erstellten Formen, weisen geringe bis keine Werkzeugkosten auf.

Im Vergleich dazu steigen die Werkzeugkosten beim Thermoforming, da aber nur ein

Formwerkzeug benötigt wird, sind die Werkzeugkosten bei diesem Verfahren noch geringer

als beim Spritzgießen. Beide Verfahren, das Spritzgießen und das Thermoformen, sind zwei

hochwertige Kunststoffverarbeitungsverfahren. Beide Verfahren weisen eine hohe Qualität

auf. Die Qualität des 3D-Druckverfahrens ist abhängig von dem verwendeten Verfahren. So

ist das selektive Lasersinterverfahren sehr gut von Druckbild her, dagegen ist das hier

verwendete Schmelzschichtverfahren noch nicht so gut. Weiterhin müssen die Oberflächen

der 3D-Objekte nachbearbeitet werden um die notwendigen glatten Oberfläche zu erhalten.

Wenn die Zeit betrachtet wird, die benötigt wird um eine Form herzustellen, benötig eine

Gussform aus dem 3D-Drucker mehrere Stunden, dahin benötigen die beiden herkömmlichen

Verfahren nur wenige Minuten (Hitherma, 2012).


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Zusammengefast ist die benötigte Stückzahl der Ausschlaggebende Faktor, welches

Verfahren verwendet wird. Sofern die Schokoladenformen individuell gestaltet wurden und

nur wenige Stück hergestellt werden sollen, ist es deutlich preiswerter diese mit einem 3D-

Drucker zu erstellen. Grund dafür ist die teure und aufwendige Herstellung der

Formwerkzeuge, die für jede individuelle Gussform angefertigt werden müssen. Bei der

Herstellung der Formwerkzeuge wird heute schon 3D-Konstruktions- und

Entwicklungssoftware verwendet sowie 3D-Druck im Prototypenbau (Seehafer & Marohn

GmbH & Co. KG, 2015). Weiterhin ist es Vorteilhaft, das die Produktion von 3D-Druck

hergestellten Gussformen nicht durch große Maschinen an einem Standort durchgeführt

werden können. Die STL-Dateien können von jedem 3D-Drucker gedruckt werden und sind

nicht an einem Ort gebunden.

2.2 CAD Programme

2.2.1 Allgemein

Eine Voraussetzung um selbständig 3D-Modelle zu erstellen, ist das computerunterstützte

Zeichnen, kurz CAD. Die Programme sind ein Arbeitsmittel und werden hauptsächlich für die

Erstellung von technischen Unterlagen verwendet. Um diese Aufgaben zu erfüllen, mit einem

CAD-Programm, wird ein leistungsfähiger Rechner benötigt. Unter anderen muss dieser im

Stande sein mit der notwendigen Grafikunterstützung die Modelle darzustellen. Daher sind

die Computer die verwendet wurden, für dieses Projekt, mit mindestens 8 GB-RAM

ausgestattet und die Grafikkarte mit Open GL (Meißner, et al., 2013).

Die Zeichnungen die mit diesen Programmen erstellt werden, können zu jederzeit angepasst,

verändert oder erweitert werden. So können mittels 3D-Drucker Prototypen erstellt werden

und wenn es notwendig ist verändert werden ohne Zusatz teurer Werkzeuge oder Maschinen.

In den sechziger Jahren waren die CAD- Programme nur nutzbar für Großsysteme. Doch seit

den achtziger Jahren ist es möglich dieses mit einem Personalcomputer durchzuführen und es

zeichnete sich ein enormes Wachstum ab. In diesem Zuge wurde die Firma Autodesk

gegründet. Die Firma entwickelte eines der ersten CAD-Programmen AutoCAD, dieses

Programm ist laut Hersteller die am weitesten verbreitete CAD-Anwendung. Mittlerweile sind

die Programme der Firma Autodesk für viele Branchen nutzbar. So werden Schiffe,

Maschinen, Fahrzeuge oder auch Prothesen mit den Programmen entworfen. Neben der Firma

Autodesk gibt es mittlerweile eine Vielzahl von Herstellen auf den Markt. Bei der Auswahl


16

der Programme ist es hilfreich zunächst die Brache auszuwählen, für die ein Programm

entwickelt wurde. So kann zwischen Programmen ausgewählt werden die beispielsweise für

die Architektur, Produktdesign, Automobilindustrie oder dem Maschinenbau geeignet sind.

Die Liste der Anwendungsgebiete sowie die der Programme ist lang. Ein weiteres Kriterium

für den Hausgebrauch solcher Programme kann der Preis sein, da einige dieser Programme

sehr teuer sind. So kostet eine Version von Autodesk Inventor Professional 3340€ (stand

27.12.2015) pro Jahr. Im Gegensatz dazu gibt es für den Privatnutzer Freeware wie zum

Beispiel FreeCAD, SketchUp oder auch Blender. Diese Programme sind ausreichend für die

Entwicklung von 3D-Modellen und durch Lern-Videos auf den jeweiligen Websites der

Hersteller auch schnell zu erlernen (Autodesk, Inc, 2015) (Sommer, 2005). Ein weiterer

Aspekt der beachtet werden muss bei der Auswahl des CAD-Programmes, ist das

Dateiformat, welches das jeweilige Programm zur Verfügung stellt. Nach dem Erstellen eines

Körpermodelles mittels einer CAD-Software wird dieses, je nach Hersteller, in einem

Dateiformat gespeichert. In diesem Projekt wurden die Modelle in das Dateiformat STL

(Surface Tesselation Language) exportiert, somit entstanden Oberflächenmodell. Dieses wird

in dem Abschnitt Slicing-Programme näher erläutert.

2.2.2 Inventor

Inventor ist ein CAD-Programm der Firma Autodesk und eignet sich für mechanische 3D-

Konstruktionen, Produktsimulation und Dokumentation. Für dieses Projekt im Rahmen der

Masterthesis wurde die Studentenversion Autodesk Inventor Professionell 2016 verwendet,

die für drei Jahre kostenfrei zu Verfügung steht und direkt auf der Website von Autodesk

angefordert werden kann. Das Programm hat viele Funktionen und Anwendungsbereiche,

doch in diesem Abschnitt werden nur auf die Funktionen eingegangen, die für diese Arbeit

essentiell waren.

Nachdem das Programm geöffnet wird, öffnet sich die Startseite. Wie die Startseite aufgebaut

ist, ist in Abbildung 2.3 dargestellt. Unter dem Reiter Erste Schritte ist das Menü Videos und

Lernprogramme zu finden. Die Lernpfade die unter diesem Punkt abgerufen werden können,

sind hilfreich um die wichtigsten Funktionen im Selbststudium zu erlernen. Des Weiteren

befindet sich auf der Startseite ein Fenster mit dem aktuellen Projekt. Auf diesen Weg ist es

möglich ein Projekt aus zu wählen, welches geöffnet werden soll. Soll eine neue Datei zu

geöffnet werden, gibt es mehrere Möglichkeiten. Entweder wird unter dem Menüpunkt Neu

ausgewählt ob ein Bauteil, eine Baugruppe, eine Zeichnung oder eine Präsentation geöffnet


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werden soll. Eine andere Möglichkeit ist, in der Multifunktionsleiste den Button Neu

anzuklicken. Bei der letzten Option kann zwischen verschiedenen Vorlagen gewählt werde,

nachdem sich das entsprechende Dialogfenster geöffnet hat. Um ein neues Objekt zu

erstellen, wird eine Vorlage gewählt, beispielsweise Bauteil – Vorlage.

Abbildung 2.3: Startseite Inventor Professional 2016 – Studentenversion

Die neuen Dateien werden dann automatisch in dem aktuellen Projekt abgespeichert. Sofern

sich für eine Vorlage entschieden wurde, wir dies geöffnet und am unterem Rand des

Bildschirmes sind zwei Reiter, Mein Ausgangspunkt und Bauteil 1. Sobald das Bauteil

abgespeichert wird, erscheint unten der Name des Bauteils, statt Bauteil 1. Der erste Schritt ist

das Erstellen der Skizze. Unter der Multifunktionsleiste 3D-Modelle wird der Button 2D-

Skizze starten gewählt. Nun muss die Ebene ausgewählt werden, wie in Abbildung 2.4

abgebildet. Es besteht die Auswahl zwischen XY Plane, XZ Plane oder YZ Plane.


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Abbildung 2.4: Neues Bauteil erstellen in Autodesk Inventor und die Auswahl der Ebene

In der Regel wurde für die Modelle die im Zusammenhang mit dieser Arbeit erstellt wurden,

die Ebene XY ausgewählt. Nach dem die Ebene angeklickt wurde, springt das Programm

sofort in die Multifunktionsleiste Skizze. Im Arbeitsbereich werden 2 Achsen angezeigt, zum

einen die X-Achse und zum anderen die Y-Achse. Der Schnittpunkt dieser beiden Achsen ist

jeweils der Nullpunkt.

Abbildung 2.5: Multifunktionsleiste Skizze

In Abbildung 2.5 ist die Multifunktionsleiste Skizze abgebildet. Mit diesen Werkzeugen

werden die 2D-Skizzen erstellt. Sofern mit der Maus auf ein Symbol navigiert wird ohne

dieses anzuklicken, erscheint eine Erläuterung und Anwendungshilfe. Um die weiteren

Schritte zu erklären wird in der 2D-Skizze zunächst ein Rechteck konstruiert. Das Symbol

Rechteck wird angeklickt und aus dem Mauszeiger wird ein kleines Fadenkreuz. Als

Anfangspunkt wird der Nullpunkt gewählt und die Maus wird nach oben rechts bewegt. Nun

besteht hier die Möglichkeit dem Rechteck definierte Maße zu geben indem eine Zahl über

die Tastatur eingegeben wird. Zuerst wird die Länge in X-Richtung eingegeben und dann

durch Bestätigung der Tab-Taste die Y-Richtung. Durch bestätigen mit der Enter-Taste, ist

das Rechteck fertig gestellt. Zum Abbrechen der Aktion muss sie ESC-Taste gedrückt

werden. Wenn im Nachhinein die Abmaßen eingegeben werden müssen, dann kann über die

Bemaßung durchgeführt werden. Sofern die Skizze komplett erstellt wurde, wird der Button


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Skizze fertig stellen verwendet. Nun wird aus der 2D Skizze ein 3D-Modell erstellt. Um in die

3. Dimension zu gelangen, kann die Funktion Extrusion ausgewählt werden. Dieser Vorgang

ist in Abbildung 2.6 dargestellt. Auch hier gibt es verschiedene Einstellungen die ausgewählt

werden können, wie zum Beispiel die Richtung oder auch Abstand. Eine weitere Option in

diesem Menü ist, das Bauteil zu verjüngen. Durch Betätigen des grünen Häkchens oder des

OK Buttons ist dieser Vorgang abgeschlossen. Auf der linken Seite befindet sich ein Browser,

in dem jederzeit jeder Vorgang nachvollzogen werden kann. Klickt man mit der rechten

Maustaste auf den gewünschten Vorgang, können Änderungen vorgenommen werden oder

der Arbeitsschritt kann gelöscht werden. Das Objekt kann nun weiter bearbeitet werden,

entweder können noch Löcher gebohrt werden oder Kanten abgerundet werden. Eine weite

Möglichkeit ist auf einer der Oberflächen des Modelles, weitere Skizzen anzufertigen und

dann auch diese weiter zu bearbeiten, bis das Objekt fertig ist.

Abbildung 2.6: Extrusion der 2D-Skizze in Autodesk Inventor

Wenn die Datei gedruckt werden soll, muss diese nun in das Richtige Dateiformat gebracht

werden. Um dieses durchzuführen, muss oben links das große I angeklickt werden und in der

Auswahlliste Exportieren gewählt werden. Daraufhin wird die Option CAD-Format gewählt

und die Datei an einem beliebigen Speicherort abgelegt. Wichtig ist dabei zu beachten, dass

der Dateityp STL ausgewählt wird, damit die Datei in den Host-Programmen geöffnet werden

kann.


20

2.3 Host-Programme

2.3.1 Allgemein

Der Begriffe Host wurde in den 60iger Jahren definiert und bedeutet Wirtsrechner. Früher

wurde diese Bezeichnung für Großrechner und Mainframes verwendet, welche eine zentrale

Funktion in Terminalnetzen ausführten sowie für Mehrbenutzersysteme und für Time-Sharing

eingesetzt wurden. Im Laufe der Jahre wurde der Begriff Host durch Server ersetzt und steht

in keinem Zusammenhang mit der Leistungsfähigkeit eines Rechners oder deren Größe. Die

Funktion des Computers bzw. des Programmes steht bei der Bezeichnung Host im

Vordergrund, denn sie wird für Computer verwendet die sich in zwei Richtungen mit einem

anderen PC verbinden können und somit gleichzeitig Sender und Empfänger sind. Wird diese

Funktion in Bezug auf die Hostprogramme für den 3D-Drucker betrachtet, so wird der G-

Code dem Drucker gesendet und das Programm empfängt Informationen wie Temperatur und

Druckstatus (DataCom, 2015).

Die oben genannten STL-Dateien können als nächsten Arbeitsschritt in einem Host-

Programm geöffnet werden. Dieses Programm gehört zu einer der beiden Programme, die für

den Betrieb eines 3D-Druckers notwendig sind. Das andere Programm, welches eine

essenzielle Funktion hat, ist ein Slicing-Programm. Die beiden Programme müssen nicht

zwangsläufig getrennt voneinander betrachtet werden, da Programme wie Repetier-Host,

Netfabb, Simplify 3D, Cura, Matter Control diese beiden Programme miteinander vereinen.

Um die beiden Programme verständlich erläutern zu können, werden diese in den weiteren

Ausführungen getrennt voneinander beschrieben.

Das Slicing-Programm generiert Steuerbefehle, anhand dieser wird der Drucker gesteuert

wird. Das Hostprogramm übernimmt diese Aufgabe, da der Mikroprozessor des 3D-Druckers

für umfangreiche Befehle nicht ausgelegt ist bzw. zu schwach ist. Die Funktionen des

Prozessors beschränken sich insofern, dass nur einzelne Befehle ausgeführt werden können.

Aufgrund dessen werden die Anweisungen vom Host-Programm an den Drucker gesendet

und von dem Mikroprozessor verarbeitet. (Merz, 2014)

2.3.2 Repetier-Host

Zunächst wurden mehrere Host-Programme verwendet. In dieser Zeit wurde Matter-Control,

Cura und Repetier-Host getestet. Im weiteren Verlauf hat sich für die Projektteilnehmer

Repetier-Host als geeignete Software herausgestellt. Die Gründe dafür sind, dass alle


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praktischen Eigenschaften in diesem Programm vereint sind. Der Drucker kann direkt mit

diesem Programm gesteuert werden, es kann zwischen mehreren Slicing-Programmen

gewählt werden sowie alle Einstellungen können verwendet werden, wenn der Drucker nicht

angeschlossen ist.

Das Programm hat eine einfache und übersichtliche Benutzeroberfläche, diese ist in

Abbildung 2.7 abgebildet. Die Modelle die gedruckt werden sollen, werden als STL-Datei

hochgeladen und als 3D-Modell dargestellt. Der 3D-Drucker wird über eine USB-Verbindung

gesteuert. Repetier-Host ist Freeware, der Download erfolgt über die Webseite von Repetier

und ist für mehrere Betriebssysteme verfügbar.

Abbildung 2.7: Benutzeroberfläche Repetier-Host

Vor dem ersten Verwenden des Programmes, sollten die Druckereinstellungen vorgenommen

werden. Welche Druckerparameter für den Multirap M420 wichtig sind und was bei diesem

Punkt zu beachten ist, wird im Handbuch in Abschnitt 0 ausführlicher beschrieben. Das

Programm ist für FDM Drucker erstellt worden. Es können bis zu 16 verschiedene Extruder

verwendet werden und diese mit verschiedenen Filamenttypen und Farben. Dem Objekt

können auf dem virtuellen Drucktisch unterschiedliche Farben zugeordnet werden, sodass das

Ergebnis schon vor dem Druck angeschaut werden kann. Derzeit sind drei Slicing-Programme

voreingestellt die Repetier-Host verwendet werden könne: Slic3r, Skeinforge und

CuraEngine. Laut Hersteller können auch andere Slicing-Programme verwendet werden.

Nicht nur das Objekt als STL wird grafisch Dargestellt, auch nach dem Slicen bietet die

Software die Möglichkeit sich die einzelnen Schichten des Objektes anzuschauen sowie die


22

Bewegungen des Druckers und Stützstrukturen sofern sie notwendig ist. Die Software bietet

zum einen die Kontrolle direkt am Computer, indem die Extrudertemperatur oder

Drucktischtemperatur angezeigt wird. Zum anderen können Push-Nachrichten an ein

Smartphone oder Tablet gesendet werden, um z.B. zu informieren das der Druck beendet

wurde oder wenn ein Fehler aufgetreten ist. Das Interface der Software ist so gestaltet, dass es

einheitlich ist und der Nutzer sich nicht ständig an andere Symbole und Funktionen gewöhnen

muss. Ein Nachteil ist, dass während der gesamten Druckzeit der Computer mit dem Drucker

verbunden sein muss. (Jakob, 2014) (Hot-World GmbH & Co. KG, 2015)

Die Computer die verwendet werden, um den 3D-Drucker zu steuern und auf denen die STL-

Dateien zum G-Code umgewandelt werden, müssen bestimmte Anforderungen erfüllen. Das

verwendete Betriebssystem sollte nicht älter sein als Windows XP. Des Weiteren wird .NET

Framework 4.0 benötigt, eine von Microsoft entwickelte Software-Plattform zur Ausführung

und Entwicklung von Anwendungsprogrammen. Um eine gute Wiedergabeleistung zu

gewährleisten sollte die Grafikkarte mit OpenGL 1.5 oder höher unterstützen. OpenGL ist

eine offene Grafikbibliothek und ist eine Programmierschnittstelle zur Entwicklung von 2D-

sowie 3D Computergrafikanwendungen. Diese gerade beschriebenen Anforderungen an den

PC sind für Windows Betriebssystem direkt für die Software Repetier-Host, das Programm

steht auch ist für Linux und Mac zur Verfügung (Hot-World GmbH & Co. KG, 2015).

2.4 Slicing-Programme

2.4.1 Allgemein

Wie eingangs beschrieben, wird ein zweites Programm benötigt um eine STL-Datei zu

drucken, dieses nennt sich Slicing-Programm. Die oben genannten Host-Programme haben

alle eine Slicing-Software integriert, es besteht aber auch die Möglichkeit ein gewünschtes

Programm separat zu installieren. Die Objekte werden in dem jeweiligen Host-Programm

hochgeladen und auf den virtuellen Drucktisch wie gewünscht platziert. Die Objekte sind

sogenannte Oberflächenmodelle, dieses ist auf der rechten Seite in Abbildung 2.8 dargestellt.

Die Oberfläche der Objekte wird durch Dreiecke dargestellt. Um zum Beispiel die Rundung

des Objektes so fein wie möglich darzustellen, muss die Oberflächen aus sehr vielen

Dreiecken zusammengesetzt werden, sprich die Facettierung. Ein Nachteil der sich ergibt,

wenn die Oberflächen beziehungsweise die Rundungen akkurat dargestellt werden, ist das die

Datei größer wird. Die Dateigröße hat zusätzlich einen beträchtlichen Einfluss auf den


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Vorgang des Schichtens (das Slicen) denn der Umfang der Berechnungen, die das Programm

durchführen muss erhöht sich (Prang, 2014).

Abbildung 2.8: Volumen- und Oberflächenmodell (Prang, 2014)

Mit den CAD-Programmen wie zum Beispiel Autodesk Inventor werden Volumenmodell

erstellt. Die Daten der erstellten Objekte werden in drei Konstruktionsachsen X, Y und Z

dargestellt. Die Oberflächenmodell (auch Kanten- oder Drahtmodell genannt) werden

mathematisch Beschrieben, die Körperkanten werden als gedachte Drahtgeometrie abgebildet

in Form von Dreiecken. So wird festgehalten, welche Flächen aneinander Grenzen, sprich die

Topologie. Das bedeutet, die Kanten der Dreiecke sind in X-, Y- und Z-Richtung genau

definiert. Ein Vektor mit dem Wert Eins, bestimmt die Richtung der einzelnen Dreiecke,

dieses definiert ob die Fläche eine Innen- oder Außenseite ist (Henckel, et al., 2010).

Diese Informationen, die in den Objekten mathematisch festgelegt sind, sind essentiell für das

Slicing-Programm. Denn nur wenn die Flächen der Modelle genau definit werden können und

„Wasserdicht sind“ dann können die Modelle in 2D-Querschnitte zerlegt werden. Es wird von

dem Programm ein gleichbleibender Weg der Punkte oder Linien der Querschnitte erstellt und

stellt Referenzkoordinaten zu diesen Linien, Flächen, Punkten und Wegen bereit. Neben

diesen Informationen können in den Programmen noch Objekteigenschaften hinzugefügt

werden, wie zum Beispiel die Fülldichte, die Layerhöhe, die Geschwindigkeit des Druckers,

die Temperaturen der Düsen und des Druckbettes. Daraus wir dann der G-Code generiert, mit

dem dann der 3D-Drucker gesteuert wird. Wie Eingangs schon erwähnt gibt es eine Menge an

Slicing-Programmen, doch im Verlauf des Projektes wurde vorrangig mit Slic3r gearbeitet

und dieses soll nachfolgend weiter erläutert werden (Lin, 2014).


24

2.4.2 Slic3r

Slic3r ist eine Open Source Software. Das Programm ist seit 2011 auf dem Markt und in

dieser Arbeit wird die Version 1.1.7 verwendet, mittlerweile ist die Version 1.2.9 schon

erhältlich. In dieser Arbeit wir die Software über das Host-Programm Repetier-Host

verwendet. Daher ist es für Anfänger auch möglich nur einfache Einstellungen über das Host-

Programm anzuwenden. Das bedeutet, dass im Hostprogram direkt die Layerhöhe,

Füllmuster, Fülldichte, Kühlung und Stützmaterial eingestellt werden können. Dieses ist für

die ersten Schritte am 3D-Drucker sehr hilfreich, da dann die Voreinstellungen von Slic3r

verwendet werden und sich zunächst nur auf den Druck an sich konzentriert werden kann.

Das Programm ist von Alessandro Ranellucci und seinen Helfern so konzipiert, dass sich

Anfänger zu Recht finden aber auch Profis alles finden was sie benötigen. Das Programm

weißt eine hohe Geschwindigkeit auf, aufgrund dessen, dass es hauptsächlich in der

Programmiersprache Perl erstellt wurde und alle Zeitkritischen Elemente wurden in C++

verfasst. Es ist möglich die Software für mehre Betriebssysteme zu verwenden, auf der

Website kann Slic3r für Microsoft, Linux und Mac OS X heruntergeladen werden. Für die

Verwendung von Slic3r kann das Programm für den entsprechenden Benutzer angepasst

werden. So bietet das Programm einen Anfänger- und ein Expertenmodus an. Im Rahmen

dieser Arbeit wird der Expertenmodus verwendet. In diesen gelangt man, wenn man unter

dem Menü file Preferences auswählt und unter Mode den Wert Expert. Im Weiteren wird der

Aufbau des Programmes kurz erläutert, Details folgen in Abschnitt 3.3.1.

In Abbildung 2.9 ist die Oberfläche von Slic3r abgebildet, in dem Register Plater. Dieses

Register öffnet sich jedes Mal, wenn das Programm gestartet wird. Hier besteht nun die

Möglichkeit ein Objekt hochzuladen, über den Button Add…, doch in dieser Arbeit wurden

nur die Einstellungen in dieser Software vorgenommen und abgespeichert und das slicen an

sich wurde in Repetier-Host vorgenommen. Auf der rechten Seite in diesem Register, sind

einzelne Auswahlfelder. Diese stehen auch in Repetier-Host zu Verfügung und sind die

Einstellungen, die in den anderen drei Registern abgespeichert wurden. Dadurch muss bei

kleinsten Veränderungen in den Einstellungen nicht alles neu gespeichert werden, sondern nur

im betreffenden Register. So können auch bestimmte Einstellungen vorgenommen werden für

einzelne Düsen oder Filamenten und diese können dann entsprechend bezeichnet werden und

können zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgerufen werden.


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Abbildung 2.9: Die Software Slic3r in dem Register Plater

Das letzte Register, Printer Settings, die Druckereinstellungen, werden in diesem

Zusammenhang als zweites erläutert, da es die essentiellen Einstellungen sind, die den

Drucker betreffen. Diese Register ist in Abbildung 2.10 abgebildet. Auf der linken Seite,

direkt unter den Registern, kann die Auswahl getroffen werden, welche gespeicherten

Einstellungen man einsehen möchte. Daneben sind die Button für speichern und löschen, die

Aktionen können nur durchgeführt werden, wenn die gewünschte Einstellung geöffnet ist.

Abbildung 2.10: Die Software Slic3r im Register Printer Settings


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Das nächste Register ist Filament Settings. Dieses ist genau wie das vorherige Register

aufgebaut, auf der linken Seite ist ein Menü zur Auswahl der Optionen und auf der rechten

Seite der Oberfläche können die Einstellungen vorgenommen werden. Die Optionen sind hier

lediglich Filament und Colling. Hier besteht dann die Möglichkeit für jedes Filament die

wichtigsten Einstellungen zu speichern, da jedes Filament unterschiedliche

Temperaturbereiche benötigt bei der Extrusion. Einige Filamente benötigen für eine bessere

Haftung ein beheizbares Druckbett oder das Filament muss während des Druckens schnell

abgekühlt werden. Durch das Speichern und exakten Beschreibungen der Einstellungen,

müssen diese nicht wieder jedes Mal angepasst werden wenn das Filament gewechselt wird

oder die Düse. Das letzte Register Print Settings ist das umfangreichste. Hier gibt es mehrere

Optionen zum Einstellen, Layers and perimeters, Infill, Speed, Skirt and brim, Support

material, Notes, Output options, Multiple Extruders und Advanced. In diesem Register

können alle Einstellungen vorgenommen werden, die das Druckergebnis beeinflussen.

Welchen Einfluss auf das Druckergebnis die einzelnen Einstellungen haben, wird in Abschnitt

4.1 ausführlicher beschrieben.

3. Material und Methoden

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3.1 Verwendetes Material

Bei dem Schmelzschichtverfahren, FDM oder auch FFF, welches mit dem Multirap M420

durgeführt wird, werden sogenannte Filamente verwendet. Laut Duden wird der Begriff

Filament von dem spätlateinischen Wort filamentum abgeleitet und bedeutet Fadenwerk und

der Begriff steht dabei für eine einzelne Faser willkürlicher Länge. Der Begriff wird nicht nur

in der 3D-Drucktechnik verwendet sondern auch in der Astronomie, Biologie und Zoologie

(Bibliographisches Institut GmbH, 2015). Das verwendete Material ist vor allem Kunststoff,

hauptsächlich wird PLA (Polymilchsäure) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer)

verwendet. Im Laufe der letzten Jahre werden immer mehr Materialien auf den Markt

gebracht. Zum einen gibt es Kunststoffe die aus Erdöl aber auch Bio-Kunststoffe die aus

Pflanzen hergestellt werden. Zum anderen kann auch Keramik oder Holz eingesetzt werden,

die mit Polymeren als Bindemittel so wie alle Filamente auf sogenannten Spulen zum Einsatz

kommen. Die Durchmesser der Filamente betragen 1,75 mm oder 3 mm, welche benötigt wird

hängt vom Extruder des 3D-Druckers ab. Der Multirap M420 kann beide Durchmesser

verarbeiten, hierzu muss nur die Filamentaufnahme des Extruders gewechselt werden. Es gibt

auf dem Markt viele verschiedene Anbieter für Filamente. Dabei ist zu beachten das die

Durchmesser sowie die optimale Drucktemperatur von Anbieter zu Anbieter schwanken kann.

Neben der Schmelztemperatur des Filaments, welche durch das Hotend erreicht werden muss,

kann die Glastemperatur interessant sein. Denn dieses ist der Temperaturbereich, der

bedeutsam ist bei beheizbaren Drucktischen und ist der Bereich beim dem das Material gut

auf dem Untergrund haftet, da es eine weiche Textur aufweist (Caroli, 2014).

In dem Projekt wurde Hauptsächlich PLA verwendet, es wurden zusätzlich andere Filamente

getestet und die Informationen über diese Materialien sind in Datenblättern festgehalten. Die

Datenblätter befinden sich im Handbuch und die Berichte über die verschiedenen Filamente

hat Herr Franke in seiner Arbeit weiter ausgeführt (Franke, 2016). Die Informationen sind

vom mehreren Websites zusammengetragen und zum Teil nicht vollständig, da zu einigen

Punkten keine Informationen gefunden wurden.

Um eine bessere Haftung auf dem Druckbett zu erzielen, wurde Blue-Tape verwendet. Es

wird verwendet um die gesamte Druckfläche auf dem Druckbett abzukleben. Es wird direkt

auf das Tape gedruckt. Zusätzlich vereinfacht es die Entnahme der Modelle ohne Schäden


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oder Klebereste. Da es ein 5 cm breites Klebeband ist, ist es flexibel einsetzbar und kann

schnell ersetzt werden.

3.2 Der 3D-Drucker Multirap M420

Der verwendete 3D-Drucker Multirap M420ist von der Firma Multec Sitz in Riedhausen, in

Deutschland. Der 3D-Drucker wurde als Bausatz bestellt und durch die Projektteilnehmer

anhand der mitgelieferten Anleitung aufgebaut. In Abbildung 3.1 ist der fertig aufgebaute

Bausatz abgebildet und in Tabelle 3.1 sind die Technischen Daten aufgelistet, die direkt der

Website von Multec entnommen wurden.

Tabelle 3.1: Technische Daten des 3D-Druckers Multirap M420 der Multec (multec GmbH, 2015)

Druckerabmessungen: Breite 48 cm Tiefe 50 cm Höhe 65,5 cm

Gewicht: 17kg Max. Druckbereich (LxBxH): Einfarbig: Zweifarbig:

400 x 200 x 220 mm 400 x 190 x 220 mm

Positionsgenauigkeit X- und Y-Achse 1/64 mm Positionsgenauigkeit Z-Achse 1/1600 mm Druckgenauigkeit (hängt von der Kalibrierung ab)

0,1mm

Max. Druckvolumen: 18,5 Liter Schichthöhe/ Layerdicke (min./max.): 0,02-0,4 mm Genauigkeit (hängt von der Kalibrierung ab) 0,1 mm Max. Drucktemperatur des Filaments 250 °C Druck-Düsengröße 3,0 mm Filament (umrüstbar auf 1,75mm)

0,5 mm Auslass (umrüstbar auf 0,35mm) Max. Drucktemperatur des Filaments 255°C Anzahl der Druck-Düsen 2 Spannungsversorgung intern 12 V Spannungsversorgung extern 230 V Leistung max. 400W Erforderliche CAD-Importdatei STL Druckersoftware Skeinforge, Printrun (Freeware, im

Lieferumfang) Betriebssystem des Bedienrechners Windows/MAC/Linux Systemanforderungen des Bedienrechners 1,8 GHz / 1 GB RAM Heizbett für komfortableren PLA-Druck 12 V- Version inklusive Extruder-Höhenjustierung inklusive Steuerungsplatine Megatronics V3 inklusive


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Düsenkühlung (Filamentkühlung) für kleine und schnelle Drucke

inklusive

Teile des benötigten Werkzeuges wurden mit dem Bausatz mitgeliefert, wie Imbusschlüssel

und Fühlerlehre sowie ein Schraubensicherungslack. Zusätzlich wurde eine Schieblehre und

Schraubenschlüssel benötigt. Das Grundgerüst des Druckers ist aus Aluminium-Profistreben

aufgebaut und diese werden mit Haltewinkel miteinander verbunden. An den Linearführungen

wurden Sicherungsschrauben und sogenannte Stopper montiert, um die Führung nicht zu

zerstören, falls die Schlitten abrutschen. Bauteile wie beispielsweise der Motorhalter oder

Kabelhalterungen wurden durch einen 3D-Drucker erstellt und mit dem Bausatz geliefert.

Des Weiteren wurden für die jeweiligen Achsen drei Optoendstops verbaut. Nach Abschluss

der Vorversuche, wurde der Z-Endstop gegen die MultiSense-Drucktischausrichtung

ausgetauscht. Dieser Industriesensor wurde von der Firma Multec Mitte 2015 auf den Markt

gebracht und soll die Druckbettausrichtung übernehmen. Zunächst musste eine neue

Firmware für den Drucker angefordert werden und ein Start G-Code muss in den G-Code

integriert werden. Um den Drucktisch abzumessen, kann der G-Code G29 in die Befehl Leiste

eingegeben werden und der Sensor misst in vier Punkten den Drucktisch ab. Auf der Website

von Multec wurde ein Video veröffentlich, welches das Druckbett in einer extremen

Schieflage darstellt. Solch auffälligen Schiefstellungen wurden an dem 3D-Drucker in der

Hochschule nicht getestet, doch ist ein ausgleichen der Höhe an der Gewindespindel zu

erkennen. Doch zurzeit kann der Multirap M420 nicht mit Repetier-Host betrieben werden, es

wird Matter Control als Host-Programm verwendet. Die STL-Dateien werden in Slic3r

bearbeitet und der G-Code in Matter Control hochgeladen. Dieses ist ein Software Problem,

welches behoben werden muss, denn andere Multirap M420 Drucker können mit Repetier-

Host betrieben werden.


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Abbildung 3.1: Der 3D-Drucker Multirap M420 der Firma Multec (multec GmbH, 2015)

Der 3D-Drucker ist mit 2 Extrudern ausgerüstet (Abbildung 3.1), diese sind an der Z-Achse

montiert und wahlweise können diese mit einer 0,35mm oder die 0,5mm Düsen verwendet

werden. Das Druckbett wird mit Senkschauben inklusive Muttern und Flügelmuttern

befestigt. Über die Flügelmuttern wird das Druckbett ausgerichtet, wie dieses durchgeführt

wird, ist im Handbuch in Kapitel 0 beschrieben. Die MultiSense-Drucktischausrichtung misst

zwar den Drucktisch aus, doch die Justierung zur geraden Auszurichtung, muss manuell

durchgeführt werden. Der Drucker ist mit einer Heizplatte ausgerüstet, diese ist in X und Y

Richtung beweglich. Die Bewegung der Platte erfolgt über Riemen und der Drucktisch ist auf

wartungsfreien Profilschienen-Walzführungen montiert. Die Steuersignale werden an die

jeweiligen Elektromotoren gesendet. Die Bewegung der Extruder in Z-Richtung erfolgt auch

über einen Motor, und wird durch eine Welle übertragen. Da der Extruder nur in Z-Richtung

bewegt wird, kann der 3D-Drucker schnell umgebaut werden und die Extruder gegen ein

Gravur-Set ausgetauscht werden. Die Motorenkabel sowie die Endstoppkabel sind mit einem

Spiralschlauch umwickelt und sind mit Kabelbindern sowie Kabelclips an den Profilstangen

befestigt. Die Kabelclips wurden von einem 3D-Drucker gedruckt und waren Bestanteile des

Bausatzes, zusätzlich ist die STL-Datei der Clips auf der beigefügten CD gespeichert. Alle

eingebauten Elemente sind im Gehäuse untergebracht und in der Aufbauanleitung ist ein


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Verdrahtungsplan für den Multirap abgebildet, da die Verkabelung bei einem Bausatz selber

durchgeführt werden muss (multec GmbH, 2015). Eine ausführliche Beschreibung des

Systems ist in der Masterthesis von Tobias Franke nachzulesen.

Abbildung 3.2: Professioneller Multec duo pro Extruder aus Edelstahl-/ Aluminiumbauteilen und Stahl-

Getriebemotoren mit sehr geringem Düsenabstand (multec GmbH, 2015)

3.3 Versuchsplanung und Projektübersicht

3.3.1 Versuchsplan der Vorversuche

Die Vorversuche dienen dazu die Druckereinstellungen zu optimieren um ein bestmögliches

Ergebnis zu erzielen. Hierfür wurde ein Chip mit Hilfe von Autodesk Inventor konstruiert,

dieser ist in Abbildung 3.3 abgebildet.

Abbildung 3.3: Zeichnung des 3D-Modelles Einkaufchip Technologie in Milimeter


32

Der Chip wurde mit den Maßen eines Einkaufchips bzw. einer ein Euro Münze erstellt. Das

Logo vom Fachschaftsrat Agrarwirtschaft und Lebensmittelwissenschaften für den

Fachbereich Bioprodukt- und Lebensmitteltechnologie. Der Chip wurde so erstellt, damit in

kurzer Zeit viele Objekte gedruckt werden können, die ein Filigran Inhalt haben. Dieses ist

bezogen auf die Schokoladengussformen, die mit Muster oder Schriftzügen gestaltet werden

sollen. Auf diesen Weg können innerhalb kürzerer Zeit mehrere Versuche gemacht werden

um das Optimal Druckbild heraus zu filtern.

Die Versuche werden so aufgebaut, das in den Registern in dem Programm Slic3r die

einzelnen Optionen und Einstellungsmöglichkeiten schrittweise durchgeführt werden. Es

werden zunächst die Werte verwendet die in der Voreinstellung gegeben sind. Diese sind in

im elektronischem Anhang in der Datei Versuchsplanung Druckereinstellungen unter Versuch

1 aufgelistet. Aus den einzelnen Versuchsreihen wird die Einstellung ausgewählt, die sich als

optimal erweist und mit dieser Einstellung werden dann die nächsten Versuche durchgeführt.

Die Parameter sind nicht voneinander Abhängig und können ohne Beeinflussung anderer

Einstellungen geändert werden. Zum Beispiel die erste Versuchsreihe Z-Offset besteht aus

drei Versuchen, der Versuch der das beste Ergebnis erzielte wird gespeichert und mit dieser

Einstellung wird die nächste Versuchsreihe durchgeführt. Neben optischen Kriterien wird

verglichen wie viel Material benötigt wird und in welche Zeit. Wenn diese Kriterien

auschlaggebend sind für das Auswahlverfahren, werden die geringsten werte bevorzugt.

Dieses hat den ökonomischen Hintergrund, dass so Material-, Produktions- und

Personalkosten eingespart werden können.

Die Versuchsreihen werden in 3.3.1 dargestellt, es wurden nur geringe Veränderungen

vorgenommen. Zusätzlich zu den veränderten Parametern, wird die Druckerstatistik mit in der

Tabelle dokumentiert, die das Host-Programm nach dem slicing angibt. Zum einen wird von

dem Programm die Druckzeit geschätzt, die benötigt wird um das Objekt zu drucken. Dann

wird eine Angabe über die Layer Anzahl gemacht und wie viele Zeilen der G-Code beinhaltet,

diese beeinträchtigt die Dateigröße des Objektes. Die letzten Angaben die von dem Programm

errechnet werden, ist das benötigte Filament, damit diese Angaben errechnet werden können,

musste im Vorfeld eingegeben werden welche Düsengröße verwendet wird und den Filament

Durchmesser. Es werden in allen nachfolgenden Versuchsreihen nur die veränderten

Parameter aufgelistet, um den Fokus auf Versuchsreihe zu legen. Die Komplette Tabelle mit

allen Parametern zu jedem Versuch, wird im Anhang aufgelistet. Die Informationen für die


33

Folgenden Parameter vorrangig aus dem Programm selbst entnommen und zwei weiteren

Quellen (Caroli, 2014) und (Boettger, 2013) .

3.3.1.1 Versuchsreihe: z-offset

Die Versuchsreihe beginnt mit der Einstellung des z-offset. Diese Einstellung ist dafür

gedacht, den Endstop der Z-Achse einzustellen ohne dieses manuell machen zu müssen. Der

Multirap M 420 hat in dem Versuchsaufbau eine zusätzliche Kunststoffplatte auf der

Heizplatte montiert. Sollte diese Platte entfernt werden, muss der Differenzbetrag der dicke

der Platte im z-offset eingegeben werden. Somit wird diese Differenz in den G-Code mit

eingearbeitet und die Layer werden um diesen Wert verschoben ausgedruckt. Diese

Einstellung kann auch genutzt werden um die Haftung zu verbessen, dieses wird in diesem

Versuch beabsichtigt. Durch minimale Änderungen des z-offset werden die Layer besser an

die Druckplatte angepresst und etwas breiter gedruckt. Die Einstellungen werden in

Millimeter vorgenommen und erhalten einen negativen Wert, wenn sich der Endstop nach

oben gerichtet verändert. Der erste Versuch wird mit einem z-offset von 0 mm durchgeführt,

Versuch 2 mit -0,1 mm und Versuch 3 mit -0,2 mm. Die Druckerstatistiken sind in allen drei

Versuchen gleich, geschätzte Druckzeit 5m:42s, Layer-Anzahl beträgt 8 und es werden 146

mm Filament benötigt.

3.3.1.2 Versuchsreihe: Retraction - Length

Der Rückzug ist einen Einstellungsmöglichkeit herausfließendes Filament während des

Druckvorganges zu minimieren. Wenn Objekte ausgedruckt werden, die keine glatte

Oberfläche aufweisen, sondern wie die Chips einen Schriftzug oder anderen Elemente, ist

diese Option wichtig. Denn der Druckkopf bewegt sich zwischen den einzelnen Elementen

hin und her. Da noch Filament bei dieser Bewegung im Hotend ist, fließt dieses heraus. Durch

die Retraction wird das Filament bei dieser Bewegung ins Innere der Düse gezogen und

dadurch entsteht ein Unterdruck. Durch diese Einstellung entstehen keine Materialfäden und

das Druckbild wird optimiert. Laut Literatur ist ein Materialeinzug von 1 bis 2mm optimal.

Umso mehr Material eingezogen wird, umso mehr Zeit wird benötigt, die Anderen Parameter

bleiben bei allen Versuchen gleich. Die Layeranzahl beträgt 8 und es werden146 mm

Filament benötigt.


34

Tabelle 3.2: Versuchsreihe Retraction - Length, Versuche 2, 4 - 8

Versuch

2

Versuch

4

Versuch

5

Versuch

6

Versuch

7

Versuch

8

Length - Retraction 0 mm 1 mm 2 mm 3 mm 4 mm 5 mm

Geschätzte

Druckzeit 5m:42s 5m:44s 5m:47s 5m:49s 5m:52s 5m:55s

3.3.1.3 Versuchsreihe: Lift Z

Diese Einstellung gibt die Möglichkeit den Druckkopf während der Retraction einige

Millimeter nach oben zu Bewegen. Dieses kann Verhindert das die Düse mit den Perimeter in

Berührung kommt. Durch die Einstellungen können die Druckergebnisse in Bezug auf die

Oberfläche bzw. Schrift verbessert werden. Die Bewegung erfolgt über die Z-Achse, diese

kann unter Umständen langsam sein. Die Einstellungen der Versuchsreihe ist in Tabelle 3.3

aufgelistet, die Layer-Anzahl sowie das benötigte Filament sind gleichbleibend und haben die

gleichen Werte wie die vorherige Versuchsreihe.

Tabelle 3.3: Versuchsreihe Lift Z, Versuche 5, 9 und 10

Versuch 5 Versuch 9 Versuch 10

Lift Z 0 mm 1 mm 2 mm

Geschätzte Druckzeit 5m:47s 5m:47s 5m:48s

3.3.1.4 Versuchsreihe: Speed

Dieser Parameter wird im Millimeter pro Sekunde angegeben. Hierbei wird die

Geschwindigkeit eingestellt, die der 3D-Drucker für die Retraction anwenden soll. Die

Einstellungen dieses Parameters sind abhängig von Der Temperatur der Düse, das verwendete

Material und dem Durchmesser der Düse. Es können aber auch andere Größen einen Einfluss

auf diese Einstellung haben. Laut Literatur sollen die Werte in dem Bereich von 30 mm/s bis

60 mm/s gute Ergebnisse erzielen, daher werden diese Werte verwendet, wie in Tabelle 3.4

aufgelistet. Die Layer-Anzahl und die Menge des benötigten Filaments betragen auch hier 8

Layer und 146 mm Filament.


35

Tabelle 3.4: Versuchsreihe Speed, Versuch 5, 11 - 13

Versuch 5 Versuch 11 Versuch 12 Versuch 13

Retraction - Speed 30 mm/s 40 mm/s 50 mm/s 60 mm/s

Geschätzte Druckzeit 5m:47s 5m:45s 5m:45s 5m:44s

3.3.1.5 Versuchsreihe: Extra length on restart

Bei dieser Einstellungsoption wird nach jeder Retraction, bevor wieder gedruckt wird,

zusätzliches Material ausgegeben. Dieses dient dazu, dass wieder genügend Material in der

Düse ist und keine Löcher im Objekt entstehen. Die Einstellungen werden wie in der

nachfolgenden Tabelle 3.5 vorgenommen, die Layeranzahl bei allen Versuchen ist 8 und es

wird je 146 mm Material verbraucht.

Tabelle 3.5: Versuchsreihe Extra length on restart, Versuche 5, 14 und 15


Extra length on restart 0 mm 1 mm 2 mm


3.3.1.6 Versuchsreihe: Minimum travel after retraction

Diese Einstellung legt fest ab welcher Wegstrecke, die der Drucker ohne zu drucken zurück

legt, die Retraction durchgeführt werden soll. Dieses verhindert, dass zu viel Retraction

durchgeführt wird, da dieses eine Zeitersparnis sein kann. Auch bei dieser Versuchsreihe

werden 8 Layer gedruckt und dabei 146 mm Material verbraucht.

Tabelle 3.6: Versuchsreihe Minimum travel after retraction, Versuch 5, 16-19

Versuch 16 Versuch 17 Versuch 5 Versuch 18 Versuch 19

Minimum travel

after retraction 0 mm 1 mm 2 mm 3 mm 4 mm

Geschätzte

Druckzeit 5m:42s 5m:47s 5m:47s 5m:49s 5m:52s


36

3.3.1.7 Versuchsreihe: Retract on layer change

Wenn dieses Feld aktiviert wird, dann wird eine Retraction durchgeführt, wenn von einem

Layer zum nächstem gewechselt wird. Diese Option war bei den Vorherigen Versuchen

aktiviert und wird für diesen Versuch deaktiviert. Die Einstellungen sind in Tabelle 3.7 mit

aufgeführt und die Layer-Anzahl beträgt 8 und es werden 146 mm Filament verbraucht.

Tabelle 3.7: Versuchsreihe Retract on layer change, Versuche 17 und 20

Versuch 17 Versuch 20

Retract on layer change aktiv nicht aktiv

Geschätzte Druckzeit 5m:47s 5m:47s

3.3.1.8 Versuchsreihe: Wipe while retracting

Die Einstellung bewirkt, dass die Düse bei einer Retraction in entgegengesetzte Richtung

fährt. Das bedeutet, wenn dieses Feld aktiviert wird, wir das Hotend über die schon

ausgedruckte Fläche bewegt und während die Düse verschlossen ist erfolgt die Retraction. In

Vorherigen versuchen war diese Option nicht aktiviert und wie in Tabelle 3.8 abgebildet wird

diese Funktion in Versuch 21 getestet. Layer-Anzahl und Verbrauchtes Filament bleiben

gleich.

Tabelle 3.8: Versuchsreihe Wipe while retracting, Versuche 17 und 21


Wipe while retracting nicht aktiv aktiv


3.3.1.9 Versuchsreihe: Extrusion multipier

Mit dieser Funktion kann die Ausgabe des Filaments angepasst werden, die von dem

Programm errechnet wurde. Ist der Wert 1 eingetragen, wird das Filament so angegeben wie

es berechnet wurde. Wird ein Wert unter 1 eingegeben, wird weniger Filament ausgegeben

und bei einem Wert über 1, wir mehr Material ausgegeben als berechnet. Dieser Parameter

kann zusätzlich während des Druckvorganges angepasst werden, wenn der G-Code über

Repetier-Host gedruckt wird. Dabei ist zu beachten unabhängig zu den Einstellungen in

Slic3r, beträgt die Flussrate in Repetier-Host zunächst 100%. Stellt man während des


37

Druckvorganges die Flussrate in Repetier-Host ein, bspw. Auf 95% und in Slic3r wurde ein

Betrag von 1,02 angegeben. So beträgt der Extrusions multiplier zusammengerechnet 0,969

sprich 96,9%. Die Layeranzahl bleibt bei diesen Versuch wieder bei 8 Layer und die benötigte

Zeit ist bei allen Versuchen 5m:48s, doch umso höher die Flussrate eingestellt wird, umso

mehr Material wird verbraucht, wie in Tabelle 3.9 aufgelistet.

Tabelle 3.9: Versuchsreihe Extrusion multipier, Versuche 17, 22-25


Extrusion multipier 0,98 0,99 1 1,01 1,02

Benötigtes

Filament [mm] 143 144 146 147 149

3.3.1.10 Versuchsreihe: Extrudertemperatur - First layer

Diese Einstellung gibt die Möglichkeit die Temperatur des Hotends für den ersten Layer

festzulegen. Die Drucktemperatur für PLA liegt zwischen 185°C und 215°C. Für den

Multirap M420 wird eine Trucktemperatur von 205°C empfohlen. Daher werden in dieser

Versuchsreihe die Temperaturen von 205°C bis 215°C in zweier Schritten getestet und die

Temperaturänderungen werden in zweier Schritten vorgenommen.

3.3.1.11 Versuchsreihe: Extrudertemperatur – Other Layer

Bei dieser Option wird die Extrudertemperatur ab den zweiten Layer eingestellt. Es werden

dieselben Einstellungen der Temperatur für diese Versuchsreihe verwendet, wie bei der

vorherigen.

3.3.1.12 Versuchsreihe: Betttemperatur

Bei dieser Option kann die Drucktemperatur eingestellt werden. Die Betttemperatur ist einer

der Einflussfaktoren, der die Haftung des ersten Layers am Druckbett bestimmt. Welche

Temperatur gewählt wird ist abhängig vom Material. Bei PLA wird eine Druckbetttemperatur

bis 70°C empfohlen. Die Glastemperatur von PLA liegt in dem Bereich von 45°C bis 65°C.

Vorab war eine Temperatur von 50°C eingestellt und die Temperatur wird schrittweise um


38

2°C erhöht bis 60°C. Das Programm gibt auch hier die Möglichkeit verschiedene

Temperaturen einzustellen, für den ersten Layer und für die restlichen Layer. Da das

Druckbett auf Grund der Leistung zu viel Zeit benötigt um die Temperatur einzustellen,

werden beider Optionen gleichzeitig angepasst. Denn das Druckbett benötigt für höhere

Temperaturunterschiede mehrere Minuten und die gewünschte Temperatur einzustellen.

3.3.1.13 Versuchsreihe: Layer height

Dieser Parameter bestimmt die Schichtdicke der einzelnen Layer. Zum einen ist die Wahl der

Schichtdicke abhängig von der verwendeten Düse. Für diesen Versuchsaufbau wurde die

Düse mit dem geringem Durchmesser gewählt, von 0,35 mm. Das Bedeutet, dass mit der

schmaleren Düse die Layerhöhe niedriger gewählt werden können, als wenn die breitere Düse

verwendet wird. Ein weiterer Faktor der für die Wahl der Layerhöhe beachtet werden sollte,

ist das umso dünner die Layer gedruckt werden, umso feiner wird das Objekt ausgedruckt.

Dieses bedeutet aber auch, dass die Druckzeit sich verlängert. Der Düsendurchmesser ist noch

ein weiteres Auswahlkriterium für die Layerhöhe, denn der Layer kann nur so hoch gedruckt

werden, wie der Durchmesser der Düse ist, ansonsten wird in der Luft gedruckt. Des Weiteren

wird in der Literatur empfohlen, dass die Layerhöhe um 25 – 40% geringer sein sollte als der

Düsendurchmesser. Das würd für den verwendeten Düsendurchmesser bedeuten, dass eine

Layerhöhe von 0,21mm bis 0,26mm der maximale Wert wäre. Zusätzlich ist bei der

Layerhöhe zu beachten, dass sich die Layerbreite entsprechend der Layerhöhe ändert und

dadurch ändert sich die Kontaktfläche, wie in Abbildung 3.4 abgebildet.

Abbildung 3.4: Verschiedene Layerhöhe und dadurch abhängige Layerbreite (Aleksandrowicz, 2015)

Die Vorherigen Versuche wurden mit einer Layerhöhe 0,25mm durgeführt. Für die

Versuchsreihe beginnt mit 0,1mm und erhöht sich schrittweise um 0,05mm.


39

Tabelle 3.10: Versuchsreihe Layer height, Versuche 35, 41 - 44


Layer height 0,1mm 0,15mm 0,2mm 0,25mm 0,3mm

Geschätzte


Layer-Anzahl 18 12 9 8 7

Zeilen gesamt 9695 6789 5338 5077 4654

Benötigtes

Filament [mm] 131 135 139 149 148

3.3.1.14 Versuchsreihe: First layer height

Der erste Layer der auf dem Druckbett aufgetragen wird ist der wichtigste Layer. Denn wenn

diese Schicht nicht genügen Haftung auf dem Druckbett hat, kann entweder der Warp-Effekt

auftreten oder die darauf folgenden Layer können sich nicht richtig aufbauen und das

gesamte Objekt entspricht nicht der Form die es aufweisen soll. Um die erste Schicht gut zu

drucken, kann die Schichtdicke des ersten Layers in diesem Optionspunkt angepasst werden.

Es gibt zwei Möglichkeiten die Einstellung vorzunehmen. Entweder es Wird eine

Schichtdicke festgelegt in Millimeter oder es werden Prozentangaben eingetragen, die sich

auf die Höhe der restlichen Layer bezieht. In der Literatur wird empfohlen, dass die erste

Schicht niedriger gedruckt werden sollte als die anderen, um die Haftung zu erhöhen. Es

werden in dieser Versuchsreihe die Prozentzahlen gewählt, da diese sich der Layerhöhe

anpassen und diese Option nicht bei jeder Änderung der Layerhöhe angepasst werden muss.

In den Vorherigen Versuchen wurde der erste Layer mit 0,35mm gedruckt, da nun die

Prozentangaben verwendet werden, werden nun andere Einstellungen vorgenommen und es

erfolgt kein direkter Vergleich mit den Ausdrucken der Vorherigen Versuchsreihen. Denn

wenn die 0,35 mm des ersten Layers, in Bezug auf die 0,25 mm der restlichen Layer, in

Prozent umgerechnet werden, ergibt dieses 140 % und dieses ist deutlich zu hoch. Es werden

für diesen Versuch auch Werte über 100% gewählt, um einen eventuellen unterschied zu

erkennen.


40

Tabelle 3.11: Versuchsreihe First layer height, Versuche 45 - 50

Versuch

45

Versuch

46

Versuch

47

Versuch

48

Versuch

49

Versuch

50

First Layer height 70% 80% 90% 100% 110% 120%

Geschätzte

Druckzeit 7m:42s 7m:33s 7m:27s 7m:22s 7m:20s 7m:17s

Layer-Anzahl 10 10 10 9 10 10

Zeilen gesamt 5793 5778 5763 5755 6198 6184

Benötigtes

Filament [mm] 107 109 112 116 117 121

3.3.1.15 Versuchsreihe: Perimeters

Bei dieser Option ist es möglich die minimale Anzahl an Perimetern festzulegen. Das

bedeutet, wie viele Außenbahnen sollen gedruckt werden, bevor die Füllung des Layers

gedruckt wird. Mit dieser Option wird die Außenwandstärke des Objektes festgelegt. In der

Regel werden die Objekte mit drei Perimeter gedruckt. Soll ein Modell hohe Belastungen

standhalten, können hier mehr Schichten eingestellt werden. Genauso verhält sich das mit

Modellen die z.B. mit Transparenten Filament gedruckt werden, da können weniger Perimeter

eingestellt werden um den Körper durchlässiger zu drucken.

Abbildung 3.5: Unterschiede der Schrift, in Abhängigkeit der Anzahl der Perimeter


41

Bei den Objekten für diese Versuche ist die Anzahl der Perimeter eventuell auch

ausschlaggebender Parameter in Bezug auf die Schrift und das Muster, die auf der Oberfläche

gedruckt werden. In dem Programm Repetier-Host, wird nach dem slicen auf Grundlage des

errechneten G-Codes eine Vorschau des Ausdruckes angezeigt. In Abbildung 3.5 sind zwei

Versuche der Versuchsreihe abgebildet. Betrachtet man die Schrift, sind deutliche

Unterschiede zu erkennen, wie diese ausgedruckt werden soll. Alle Versuche dieser

Versuchsreihe wurden mit 10 Layer gedruckt.

Tabelle 3.12: Versuchsreihe Perimeters, Versuche 46, 51 - 54


Perimeters 1 2 3 4 5

Geschätzte


Zeilen gesamt 4895 4895 5778 6588 7420

Benötigtes

Filament [mm] 119 119 109 120 122

3.3.1.16 Versuchsreihe: Solid Layers – Top

Bei dieser Versuchsreihe wird die Anzahl der geschlossenen Layer definiert. Zunächst wird

die Anzahl der Layer bestimmt, die das Objekt schließen. Die restlichen Layer werden nur mit

einem bestimmten Füllgrad gedruckt, dieses wird näher in Abschnitt 3.3.1.24 Versuchsreihe:

Fill density Seite 44 erläutert.

Tabelle 3.13: Versuchsreihe Solid Layer - Top, Versuche 46, 55 - 57


Solid Layer - Top 1 2 3 4

Geschätzte Druckzeit 7m:34s 7m:29s 7m:33s 7m:32s

Benötigtes Filament [mm] 98 106 109 119


42

3.3.1.17 Versuchsreihe: Solid Layers – Bottom

Im Prinzip werden hier die gleichen Parameter bestimmt, wie bei der Vorherigen

Versuchsreihe. Der Einzige Unterschied ist, dass hier die dicke des Bodens bestimmt wird.

Tabelle 3.14: Versuchsreihe Solid Layer - Bottom, Versuche 46, 58 - 60


Solid Layer - Bottom 1 2 3 4

Geschätzte Druckzeit 7m:28s 7m:29s 7m:33s 7m 32s

Benötigtes Filament [mm] 100 106 109 119

3.3.1.18 Versuchsreihe: Extra perimeters if needed

Wenn diese Funktion aktiviert ist, werden zusätzliche Perimeter in den G-Code mit

eingearbeitet- Das Programm ermittelt dieses selbständig um zum Beispiel Löcher zu

vermeiden. In dieser Versuchsreihe soll untersucht werden, welche Veränderungen eintreten,

wenn nur die Perimeter gedruckt werden, die im vornhinein Festgelegt wurden. Sprich sind

dadurch mehr Löcher in der Schrift oder verändern sich andere Parameter.

3.3.1.19 Versuchsreihe: Avoid crossing perimeters (slow)

Sofern dieses Feld aktiv ist, wird der G-Code so berechnet, dass das Hotend nicht über die

Perimeter geführt wird. Dieses kann die Qualität des Ausdruckes verbessern, da so keine

Filament Fäden entstehen sollten, die Außerhalb des Objektes sichtbar sind. Der Versuch wird

durchgeführt, wenn das Feld nicht aktiv ist und wenn es aktiv ist, um zu untersuchen wie sehr

das Hotend die Oberfläche überfährt und welche Auswirkungen dieses auf die Optik hat.

3.3.1.20 Versuchsreihe: Detect thin walls

Diese Funktion ist ein Rechenschritt zusätzlich für das Programm, damit dieses mit dünnen

Wänden besser arbeiten kann. Auch hier wird untersucht, welche Unterschiede sich ergeben,

wenn dieses Feld nicht aktiviert wird.


43

3.3.1.21 Versuchsreihe: Detect bridging perimeters

Ist dieses Feld aktiv berechnet Slic3r den Materialfluss bei Perimetern die eine sogenannten

Brücke bilden den Materialfluss nicht so wie bei den Perimetern, sondern passt es dem einer

Brücke an.

3.3.1.22 Versuchsreihe: Seam position

Bei dieser Funktion ist es möglich die Startposition des Ausdruckes anzupassen. Dieses gibt

die Möglichkeit eventuell auftretende Nähte zu verhindern. Die Nähte entstehen vor allem bei

Runden Objekten, bzw. Objekte die Teilweise mit einer Runden Außenwand konstruiert

wurden. So wird eingestellt, an welchem Punkt der Drucker beginnt zu drucken, um nicht

direkt in einer Runden Außenwand zu beginnen. Es gibt die Einstellungsmöglichkeiten

zufällig (Randon), in der Nähe (Nearest) und ausgerichtet (Aligned).

Tabelle 3.15: Versuchsreihe Seam position, Versuche 62, 65 und 66


Seam position Aligned Randon Nearest


3.3.1.23 Versuchsplanung: External perimeters first

Üblicherweise werden die Perimeter von innen nach außen gedruckt. Dieses ist sinnvoll wenn

die Objekte leichte Überhänge haben. Denn wenn von außen nach innen gedruckt wird,

werden die Perimeter bei solchen Überhängen in die Luft gedruckt. Ist es anders herum

eingestellt, haftet ein Perimeter an den Nächsten. Da das Objekt in dieser Versuchsreihe

gerade Außenseiten hat, wird hier untersucht, welche Auswirkungen es hat, wenn zuerst der

innere Perimeter gedruckt wird und dann nach außen hin abgeschlossen wird.


44

Tabelle 3.16: Versuchsreihe External perimeters first, Versuche 62 und 67


Detect bridging perimeters nicht aktiv aktiv


Layer-Anzahl 11 10

Zeilen gesamt 5758 5741

Benötigtes Filament [mm] 112 109

3.3.1.24 Versuchsreihe: Fill density

Die Füllung des Objektes, ist ein wichtiger Faktor für die Stabilität. Je massiver ein Objekt

gedruckt wird, je stabiler ist dieses. Wird der Füllgrad jedoch zu hoch gewählt, entsteht die

Gefahr des Warp-Effektes. Es ist darauf zu achten, dass die Füllung nicht zu niedrig gewählt

wird, damit das Objekt geschlossen gedruckt wird. Denn wenn die Abstände zu groß werden,

wird zu viel Material in der Luft gedruckt und es entsteht keine glatte Oberfläche. Ob die

Oberfläche gut schließt kann auch durch andere Faktoren bestimmt werden, wie zum Beispiel

die Geschwindigkeit, Anzahl der Solide gedruckten Layer, gesamt Oberflächengröße und die

Layerhöhe.

Tabelle 3.17: Versuchsreihe Fill density, Versuche 62, 68 - 75

Versu

ch 68

Versu

ch 69

Versu

ch 70

Versu

ch 62

Versu

ch 71

Versu

ch 72

Versu

ch 73

Versu

ch 74

Versu

ch 75

Perimeters 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

Geschätzte

Druckzeit

7m:22

s

7m:29

s

7m:32

s

7m:31

s

7m:35

s

7m:35

s

7m:35

s

7m:35

s

7m:30

s

Benötigtes

Filament

[mm]

103 105 107 112 112 114 116 118 120


45

3.3.2 Versuchsplan der Gussformen für die Schokolade

Im ersten Schritt werden die Gussformen mit dem CAD-Programm Inventor erstellt. Es

werden verschiedene Formen konstruiert. Eine dieser Formen ist in Abbildung 3.6 dargestellt,

die anderen sind im digitalen Anhang im Ordner „Schokoladengussformen“ gespeichert.

Dabei variieren die Muster, um zu testen, wie fein die Muster gewählt werden können um sie

später in der Schokolade zu erkennen. Die Höhe der Muster wir zudem unterschiedlich

gewählt, da dieses Einfluss auf die Haftung der Schokolade haben kann. Nach dem die

Formen gedruckt wurden, werden alle Formen abgetafelt. Die Formen die sich als geeignet

zeigen, werden erneut verwendet um eventuelle Fehler bei der Temperierung auszuschließen.

Sollte daraufhin kein positives Ergebnis erfolgen, sollte das weitere Vorgehen diskutiert

werden.

Abbildung 3.6: Schokoladengussform mit Hochschullogo und Bemaßungen


46

Die Einstellungen des 3D-Druckers, werden aus den Versuchen mit den Chips übernommen.

Jede der STL-Dateien wird genau wie die Chips mit Slic3r bearbeitet und der G-Code

gedruckt.

4. Ergebnisse

47

4. Ergebnisse

4.1 Vorversuche

4.1.1 Versuchsreihe z-offset

Erläuterung Abschnitt 3.3.1.1, Seite 33

Die Oberseite der Versuchsreihe z-offset ist in Abbildung 4.1 dargestellt und die Unterseite

Abbildung 4.2 abgebildet. Zusätzlich sind alle Versuche im elektronischen Anhang im Ordner

„Bilder der Vorversuche“ gespeichert. Bei Versuch 1 ist zu erkennen, dass der erste Layer

nicht gleichmäßig geschlossen ist- die Füllung des Objektes wurde zu schnell gedruckt, daher

ist die Oberfläche nicht vollständig geschlossen. Der Druckkopf bewegt sich nach einem

berechneten Muster von einem Punkt zum nächsten, diese Wege sind deutlich zu erkennen

zwischen den einzelnen Buchstaben. Weiterhin sind die Buchstaben nicht genügend

geschlossen. Versuch 2 zeigt von der Oberfläche und der Schrift ähnliche Ergebnisse, doch

der Boden des Objektes ist deutlich breiter gedruckt, daher ergibt sich eine geschlossene

Unterseite. Der Versuch 3 ist in Bezug auf die Oberfläche und die Schrift gleich wie die

beiden vorherigen Versuche. In diesem Versuch ist die Unterseite zu sehr auf die Druckplatte

gedrückt worden, die einzelnen Bahnen wurden sehr breit gedruckt, sodass der erste Layer

breiter ist als die darauf folgenden.

Abbildung 4.1: Oberseite der Versuchsreihe z-offset, Versuche 1-3

Abbildung 4.2: Unterseite der Versuchsreihe z-offset, Versuche 1 - 3

4. Ergebnisse

48

Fazit: Im Vergleich ist Versuch 2 mit einem z-offset von 0,1mm das beste Ergebnis in dieser

Versuchsreihe. Die Druckerstatistik ergeben in allen drei ersuchen keine Veränderungen und

alle Werte sind gleich, daher sind diese Werte kein ausschlaggebendes Kriterium für diese

Versuchsreihe. Aufgrund dieser Schlussfolgerungen, werden die weiteren Versuche mit einem

z-offset von 0,1mm durchgeführt.

4.1.2 Versuchsreihe: Retraction – Length

Erläuterung Abschnitt 3.3.1.2 Seite 33

Die Oberfläche der Versuchsreihe ist in Abbildung 4.3 dargestellt. Bei Versuch 4 ist eine

Deutlich Verbesserung der Oberfläche zu erkennen, die Bewegungen der Düse sind nicht so

stark ausgeprägt wie in Versuch 2. Die Endposition des Druckers ist noch deutlich zu

erkennen, links oberhalb der Schrift. Der 5. Versuch zeigt eine geringe Verbesserung zu

Versuch 4, die Endposition der Düse ist nicht mehr so deutlich zu erkennen. Im Vergleich zu

Versuch 5 haben sich die Versuche 6, 7 und 8 nicht wahrnehmbar verändert, wenn die

Oberfläche und die Schrift betrachtet werden. Bei den Versuch 7 und 8 wurde die Unterseite

nicht Vollständig ausgedruckt.

Abbildung 4.3: Oberseite Versuchsreihe Retraction - Length, Versuche 2, 4-8

Fazit: Da auf der Oberseite ab den 5.Versuch keine Veränderung mehr wahrnehmbar ist, ist

der limitierende Faktor die Zeit in dieser Versuchsreihe, da mehr Zeit in Anspruch genommen

wird, je großer die Retraction eingestellt wird. Zusätzlich werden die Versuche 7 und 8 die

Unterseite wieder schlechter. Daher werden für die weiteren Versuche die Einstellungen von

Versuch 5 weiter verwendet, mit einer Retraction von 2 mm.

4. Ergebnisse

49

4.1.3 Versuchsreihe: Lift Z


Die Versuche 9 und 10 zeigten beide sie gleichen Ergebnisse, die Oberfläche ist nicht glatt.

An den Punkten wo die Z-Achse hochgefahren ist, sind kleine Erhebungen erkennbar, dieses

ist in Abbildung 4.4 abgebildet. In Abbildung 4.5 ist die Unterseite der Versuchsreihe

dargestellt und er ist zu erkennen, dass bei den Versuch 9 und 10 die Unterseite nicht

geschlossen gedruckt wurde.

Abbildung 4.4: Oberseite Versuchsreihe Lift Z, Versuche 5, 9 und 10

Abbildung 4.5: Unterseite Versuchsreihe Lift Z, Versuch 5, 9 und 10

Fazit: Da sich eine deutlich erkennbare Verschlechterung der Oberfläche durch die

Einstellung des Lift Z ergeben hat, bleiben die Einstellung der Z-Höhe bleiben bei 0mm wie

bei Versuch 5.

4.1.4 Versuchsreihe: Speed


Die Ergebnisse der Versuchen 11 bis 13 weisen deutlich schlechtere Ergebnisse auf als

Versuch 5. Die Lücken zwischen den einzelnen Bahnen die in einem Layer gedruckt wurden,

werden von Versuch 11 bis Versuch 13 größer. Auch die Unterseite der drei Versuche ist

nicht ausreichend geschlossen.

4. Ergebnisse

50

Abbildung 4.6: Oberseite Versuchsreihe Speed, Versuche 5, 11 – 13

Abbildung 4.7: Unterseite Versuchsreihe Speed, Versuche 5, 11 - 13

Fazit: Die Verschlechterung der Druckergebnisse von den Versuche 11 bis 13 kann durch die

Geschwindigkeit des Retracts zustande kommen, da evtl. zunächst nicht genügend Material in

der Düse ist, wenn die Ersten Bahnen der Layer nicht ausreichend gedruckt wurden. Daher

werden die Einstellungen von 30 mm/s des Versuches 5 weiterhin verwendet.

4.1.5 Versuchsreihe: Extra length on restart


Die Versuche 14 und 15 weisen deutlich schlechtere Ergebnisse auf. Es ist zu erkennen, dass

zu viel Material ausgegeben wurde und daher das Druck Bild sehr unsauber ist. Wie in

Abbildung 4.8: Oberseite Versuchsreihe Extra length on restart, Versuch 5,14 und 15

Abbildung 4.9: Unterseite Versuchsreihe Extra length on restart, Versuche 5, 14 und 15

4. Ergebnisse

51

Fazit: Da die Ergebnisse Der Versuche 14 und 15 deutlich schlechter sind als das Ergebnis

des Versuches 5. Daher wird mit den Einstellungen von Versuch 5 weiter gearbeitet.

4.1.6 Versuchsreihe: Minimum travel after retraction


Der Schriftzug bei Versuch 16 wurde zu dünn gedruckt, daher entsteht keine geschlossene

und glatte Oberfläche. Bei Versuch 17, 18 und 19 sind die einzelnen Bahnen etwas breiter

doch immer noch nicht vollständig geschlossen. Da bei allen Versuchen die Unterseite nicht

ausreichend geschlossen gedruckt wurde, wurde nun Versuch 5 wiederholt. Der nun

entstandene Versuch 5.2 ist auch nicht genügend geschlossen. Aufgrund dessen wird der

Abstand zwischen Hotend und Druckbett neu eingestellt auf 0,2mm. Zusätzlich wurden die

Riemen der X- und Y-Achse nachgespannt, da leichte Unebenheiten am Rand der Chips

aufgetreten sind. Die Versuchsreihe wurde erneut durchgeführt und dabei zeigte sich das die

Oberfläche von Versuch 16.1 deutlich besser geschlossen ist als die Oberfläche von Versuch

16. Der Versuch 17 ist vom Ergebnis gleich wie Versuch 5.3, nur die Übergänge von außen

nach innen sind besser gedruckt worden. Die Versuche 18 und 19 weisen im Vergleich zu

Versuch 17 schlechtere Ergebnisse auf, da Filament Reste zwischen den Elementen sind, stark

ausgeprägt am unteren Ende des Buchstabens „e“.

Abbildung 4.10: Oberseite Versuchsreihe 2 Minimum travel after retraction, Versuche 5, 16-19

Fazit: es sind nur kleine Unterschiede zwischen den einzelnen Objekten, doch der Versuch 17

wurde am besten gedruckt, es sind bei diesem Versuch weniger Übergänge von einem

Element zu anderen erkennbar. Daher wird mit der Einstellung weiter gearbeitet, dass

Minimum 1 mm Abstand zwischen einzelnen Elementen sein muss, damit eine Retraction

durchgeführt wird.

4. Ergebnisse

52

4.1.7 Versuchsreihe: Retract on layer change


Die Erste Schicht wurde schon sehr unsauber auf das Druckbett aufgetragen, zum Vergleich

wird versuch 17 nochmal durchgeführt. Die Schrift wurde ordentlich gedruckt, doch der

Zwischenraum wurde nicht gut ausgedruckt und der Boden ist sehr ausgefranzt. Versuch 17.3

ist auch ausgefranzt, es werden noch mal die Abstände zwischen Drucktisch und Hotend

gemessen. Der Abstand zwischen Hotend und Drucktisch war geringer als 0,2mm, es wurde

neu justiert und Versuch 17 wird wiederholt. Versuch 17.4 ist deutlich besser und Versuch 20

kann wiederholt werden. Versuch 20.2 ist deutlich besser als Versuch 20 doch im Vergleich

zu Versuch 17.4 sind ein paar unsaubere Übergänge und die Oberseite ist nicht so gut gedeckt

Abbildung 4.11: Versuch 17.3 Abbildung 4.12: Versuch 17.4

Abbildung 4.13: Versuch 20 Abbildung 4.14: Versuch 20.2

Fazit: Da es optisch keine Unterschiede zwischen den Versuchen gibt, wird mit den

Einstellungen von Versuch 17 weiter gearbeitet, da dieser Versuch laut Druckerstatistik

weniger Zeit in Anspruch nimmt. Die Tatsächlich benötigte Zeit wurde in den Versuchsreihen

nicht ermittelt.

4. Ergebnisse

53

4.1.8 Versuchsreihe: Wipe while retracting


Abbildung 4.15: Versuch 21 Oberseite Abbildung 4.16: Versuch 21 Unterseite

Fazit: Auch hier sind optisch keine Unterschiede zu erkennen und es wird mit den

Einstellungen von Versuch 17 weiter gearbeitet, da dieser Versuch laut Druckerstatistik

weniger Zeit in Anspruch nimmt.

4.1.9 Versuchsreihe: Extrusion multipier


Die Unterseite von Versuch 22 ist gut geschlossen aber Layer 6 bevor die Schrift beginnt

weißt viele Lücken auf, mehr als bei Versuch 17. Im Vergleich zu Versuch 22 ist der Layer 6

besser geschlossen aber immer noch nicht so gut wie Versuch 17. Der Versuch 24 ist

hingegen besser gedruckt worden als Versuch 17, doch der Rand des Objektes ist nicht

gleichmäßig. Der Layer 6 (letzter geschlossener Layer, bevor die Schrift gedruckt wird)

wurde bei Versuch 25 am besten ausgedruckt.

Abbildung 4.17: Oberseite Versuchsreihe Multipier, Versuche 17.4, 22-25

Fazit: Da es bei Gussformen wichtig ist das die Oberflächen geschlossen sind, wird Versuch

25 bevorzug, da hier die Oberfläche am besten geschlossen gedruckt wurde. Das liegt daran

das der Extruder bei diesem Versuch das meiste Material ausgegeben hat im Vergleich zu den

anderen Versuchen.

4. Ergebnisse

54

4.1.10 Versuchsreihe: First Layer


Bei den Versuchen 26 bis 30 zeigte sich deutlich, dass der erste Layer breiter gedruckt wurde

als Versuch 25 und dieser hervorsticht, wenn der Chip von der Seite betrachtet wird.

Zusätzlich dazu haben sich Versuch 29 und 30 schlecht vom Druckbett lösen lassen.

Abbildung 4.18: Unterseite Versuchsreihe First Layer, Versuch 25 - 30

Fazit: Durch die Temperaturunterschiede zwischen dem ersten Layer und den restlichen

Schichten, muss das Hotend durch den Lüfter stark abgekühlt werden. Dadurch sind im

zweitem Layer unterschiedliche Temperaturen, bei Versuch 29 z.B. wird die Temperatur von

213 auf 199,5°C abgekühlt und erhitzt sich dann wieder auf 205°C. Das der erste Layer durch

erhöhen der Temperatur breiter gedruckt wird, hängt mit der Viskosität des Filamente

zusammen. Dieses zeigt, dass die Temperatur, auch wenn sie nur geringfügig geändert wird,

einen Einfluss auf die Fließeigenschaften des Materials hat und dadurch wird das

Druckergebnis beeinflusst. Auf Grund dessen wird weiterhin mit den vom Druckerhersteller

empfohlenen 205°C, also mit den Einstellungen von Versuch 25, weiter gearbeitet.

4.1.11 Versuchsreihe Extrudertemperatur – Other Layer


Die Versuche 31 und 32 weisen keine Veränderung auf im Vergleich zu Versuch 25. Bei

Versuch 33 ist zu erkennen, dass Layer 6 besser geschlossen ist als bei Versuch 25. Der 6.

Layer ist bei Versuch 34 wieder etwas schlechter geschlossen aber bei Versuch 35 ist dieser

Layer fast komplett geschlossen.

Abbildung 4.19: Oberseite Versuchsreihe Other Layer, Versuche 25, 31 – 35

4. Ergebnisse

55

Fazit: Auch bei dieser Versuchsreihe ist zu erkennen, dass mit steigender Temperatur sich die

Viskosität verändert. Bei dieser Versuchsreihe wirkt sich dieses positiv auf das Ergebnis aus,

daher wird mit den Einstellungen von Versuch 35 weiter gearbeitet.

4.1.12 Versuchsreihe: Betttemperatur


Die Versuche wurden nicht geschlossen gedruckt, das heißt an der Unterseite und Layer 6

sind Löchrig. Auf Grund der Füllung des Bodens, wird Versuch 35 nochmal wiederholt.

Auch da ist der Boden nicht komplett geschlossen. Das Blue-Tape wurde gewechselt, die

weißen Stellschrauben an der Z-Halterung wurden fester gezogen und die Halterung wurde

ca. ein halben cm nach unten gesetzt und somit Druckbett wurde nach unten gesetzt, so dass

es näher zur Halterung ist. Dann wurde Versuch 35 nochmal wiederholt. Bei Versuch 35.3

war der Abstand zu gering, bei 35.4 zu groß nach erneuten justieren und deswegen wurde in

Slic3r der z-offset auf -0,2mm geändert. Daraufhin war das Ergebnis besser. Die Änderung

des z-offset ist eine Möglichkeit den Abstand zwischen Druckbett und Hotend schnell zu

anzupassen, da oft nur 0,1 mm im Abstand verändert werden muss, um ein besseres Resultat

zu erreichen.

Abbildung 4.20: Oberseite Versuchsreihe Druckbetttemperatur, Versuche 35 – 40

Abbildung 4.21: Unterseite Versuchsreihe Druckbetttemperatur, Versuche 35 – 40

4. Ergebnisse

56

Abbildung 4.22: Oberseite Wiederholungsversuche von Versuch 35

Abbildung 4.23: Unterseite Wiederholungsversuche von Versuch 35

Fazit: An sich gab es keine Unterschiede am Objekt selber, es wird bei dieser Versuchsreihe

lediglich die Haftung des Objektes am Druckbett, bzw. Blue-Tape untersucht und da ergaben

sich keine Unterschiede. Daher werden die Versuche nicht nochmal wiederholt und es werden

mit den Einstellungen von Versuch 35 weitergemacht, da es sehr lange dauert das Druckbett

auf eine höhere Temperatur zu heizen.

4.1.13 Versuchsreihe: Layer height


Versuch 41 wurde mit der geringsten Layerhöhe gedruckt. Der Rand des Objektes ist deutlich

feiner, im Vergleich zu Versuch 35. Die Oberfläche ist Löchrig und die Layeranzahl ist

ausreichend, damit ein Füllmuster gedruckt werden kann, dieses ist deutlich zu erkennen im

ausgedruckten Objekt. Der Versuch 42 wurde nicht ganz so fein gedruckt wie Versuch 41, ist

aber noch deutlich feiner als der Chip aus Versuch 35. Die Oberfläche ist nicht ganz so

löchrig, wie der Versuch 41 und auch das Füllmuster ist nicht so deutlich zu erkennen. Der

Außenrand von Versuch 43 wurde gerade gedruckt und die Oberfläche ist annähernd

geschlossen. Auch bei Versuch 44 ist die Oberfläche gut geschlossen, aber der Rand wurde

etwas schief gedruckt.

4. Ergebnisse

57

Abbildung 4.24: Oberseite Versuchsreihe Layer height, Versuche 35, 41-44

Fazit: es wird mit Versuch 43 weiter gearbeitet, da der Rand sehr gut ist und die Oberfläche

gut geschlossen ist.

4.1.14 Versuchsreihe First layer height


Die Versuche 45 bis 48 weisen eine geschlossen Unterseite auf. Es ist deutlich zu erkennen,

dass die Bahnen des ersten Layers von Versuch zu Versuch Breiter werden. Dieses war zu

erwarten, da durch die Layerhöhe auch die Breite des Ausdruckes beeinflusst wird. Die

Versuche 48 und 49 haben keine geschlossene Unterseite.

Abbildung 4.25: Unterseite Versuchsreihe First layer height, Versuche 45 - 50

Fazit: Die Unterseiten der Versuche 45 und 46 sind vollständig geschlossen und ergeben eine

sehr feine Oberfläche. Um eine Entscheidung zu treffen welche der Versuche ausgewählt wird

um mit diesen Einstellungen weiter zu arbeiten, werden die Parameter der Druckstatistik

betrachtet. Da Versuch 46 etwas weniger Zeit benötigt um den Chip herzustellen, wird dieser

Versuch bevorzugt.

4.1.15 Versuchsreihe: Perimeter


Die Schrift der Versuche 51 und 52 ist anders ausgefüllt. Das Muster wie die Buchstaben

gefüllt wurden, hat sich durch die Anzahl der Perimeter verändert und die füllt sie mehr aus.

4. Ergebnisse

58

Auch die Füllung des letzten Layers ist geschlossener als Versuch 46. Von der Seite

betrachtet ist der Chip gerade und die Füllung ist komplett gedruckt worden aber nicht bis

zum Perimeter hin gedruckt, daher erstehen zwischen Füllung und Perimeter Lücken. Im

Gegensatz dazu sind die Versuche 53 und 54 genauso ausgefüllt und gedruckt wie Versuch

46, daher sind da keine Unterschiede zu erkennen.

Fazit: Die weiteren Versuche werden mit den Einstellungen von Versuch 46 durchgeführt. Da

die Versuche 51 und 52 Lücken aufweisen zwischen Perimeter und Infill. Die Versuche 53

und 54 werden nicht in Betracht gezogen, da diese Einstellungen mehr Zeit in Anspruch

nehmen.

4.1.16 Versuchsreihe: Solid Layers – Top


Der Versuch 55 wurde nur mit einer Schließenden Schicht gedruckt und dieses ist deutlich zu

erkennen, die Oberfläche ist nicht geschlossen. Auch Versuch 56 weißt noch viel Löcher auf

und die Oberfläche ist auch hier nicht geschlossen. Im Gegensatz dazu ist bei den Versuchen

46 und 57 kein Unterschied zu erkennen und die Oberfläche weißt keine Löcher auf.

Abbildung 4.26: Oberseite Versuchsreihe Solid Layers - Top, Versuche 46, 55 - 57

Fazit: Die Beiden Versuche 55 und 56 sind nicht geschlossen gedruckt worden, daher eignen

sich diese Einstellungen nicht für die weiteren Versuche. Da zwischen den Versuchen 46 und

57 keine Unterschiede zu erkennen sind, wird die Druckstatistik betrachtet und dort ist zu

erkennen, dass der Versuch 57 mehr Material benötigt als Versuch 46. Daher werden mit den

Eistellungen von Versuch 46 weiter gearbeitet.

4. Ergebnisse

59

4.1.17 Versuchsreihe: Solid Layers – Bottom


Bei dieser Versuchsreihe ist das gleich zu beobachten, wie bei der Vorherigen. Die beiden

Versuche mit der geringsten Layeranzahl sind zu dünn und dafür Füllmuster ist deutlich zu

erkennen. Und auch hier ist kein Unterschied zu erkennen ob der Chip mit drei oder vier

geschlossenen Schichten gedruckt wurde.

Abbildung 4.27: Unterseite Versuchsreihe Solid Layers - Bottom, Versuche 46, 58 - 60

Fazit: Auch hier sind die gleichen Auswahlkriterien wie bei dem Versuch zuvor, die Versuche

58 und 59 weisen einen zu dünnen Boden auf, der Versuch 60 verbraucht zu viel Material.

4.1.18 Versuchsreihe: Extra perimeters if needed


Die Versuche lassen sich nicht voneinander unterscheiden. Die Parameter in Bezug auf die

Druckerstatistik sind gleichbleibend.

Abbildung 4.28: Oberseite Versuchsreihe Extra perimeters if needed, Versuche 46 und 61

Fazit: Da die Parameter sich nicht verändert haben, bleibt die Funktion wie in der Literatur

empfohlen aktiviert (Caroli, 2014).

4.1.19 Versuchsreihe: Avoid crossing perimeters (slow)


Auch bei dieser Versuchsreihe sind Optisch keine Unterschiede zu erkennen

4. Ergebnisse

60

Abbildung 4.29: Oberseite Versuchsreihe Avoid crossing perimeters (slow), Versuche 46 und 62

Fazit: es wird mit den Einstellungen von Versuch 62 weiter gearbeitet, da dies für andere

Objekte eine nützliche Einstellung sein kann.

4.1.20 Versuchsreihe: Detect thin walls


Im Vergleich ist die Oberfläche des Versuches 63 nicht so gut geschlossen wie die von

Versuch 62.

Abbildung 4.30: Versuchsreihe Detect thin walls, Versuche 62 und 63

Fazit: Durch das schlechtere Ergebnis des Versuches 63, bleibt diese Funktion aktiviert.

4.1.21 Versuchsreihe: Detect bridging perimeters


Auch hier ist zu erkennen, dass die Oberfläche von Versuch 64 schlechter geschlossen ist als

von Versuch 62.

Abbildung 4.31: Oberseite Versuchsreihe Detect bridging perimeters, Versuche 62 und 64

4. Ergebnisse

61

Fazit: Aufgrund der schlechteren Oberfläche, wird mit den Einstellungen von Versuch 62

weiter gearbeitet.

4.1.22 Versuchsreihe: Seam position


Es sind bei allen drei Versuchen keine Unterschiede zu erkennen.

Abbildung 4.32: Oberseite Versuchsreihe Seam position, Versuche 62, 65 und 66

Fazit: Da keine Unterschiede zu erkennen waren, wird mit den Einstellungen des Versuches

62 weitergearbeitet.

4.1.23 Versuchsplanung: External perimeters first


Es ist deutlich zu erkennen, dass der äußere Perimeter zuerst gedruckt wurde, da es an einer

Stelle absteht und daher der Chip unförmig ist.

Abbildung 4.33: Oberseite Versuchsreihe External perimeters first, Versuche 62 und 67

Fazit: Da eine deutliche Optische Verschlechterung durch die Aktivierung dieser Funktion

eingetreten ist, werden die Versuche weiterhin ohne die Aktivierung durchgeführt.

4. Ergebnisse

62

4.1.24 Versuchsreihe: Fill density


Die Versuche mit 10% und 20% Füllung weisen eine sehr Löchrig Oberfläche auf. Ab 30%

Füllgrad ist die Oberfläche geschlossen.

Es wurde die Druckbett Leveling eingebaut, diese wurde in Abschnitt 3.2 ausführlich

beschrieben und eine Wiederholung von Versuch 70 zum Vergleich durchgeführt. Z-Offset

wird auf -0,2 eingestellt, da ein Abstand von 0,2mm zwischen Druckbett und Hotend

eingestellt wurde. Der Abstand war zu gering, deswegen wurde die Datei mit einem Z-offset

von -0,1 neu versucht

Der erste Layer ist erst ab der 2.Hälte gut gedruckt, evtl. die Z-offset Einstellung nochmal

ändern, da die Haftung eventuell nicht ausreichend ist. Zunächst wurde die Einstellung

beibehalten und die Funktionsweise des Druckbett Leveling mit den Formen der Studenten

der Produktentwicklung weiter getestet. Die Oberfläche ist bei beiden gleich, die untere linke

Seite ist nicht gut geschlossen aber der Schriftzug ist besser geschlossen, dieser hat nicht mehr

so viele Löcher.

Abbildung 4.34: Oberseite Versuchsreihe Fill density, Versuche 62, 68 - 75

Fazit: Es wird mit dem Versuch 70 weiter gemacht, mit der 30%igen Füllung da dieses

Material einspart.

4.2 Schlussfolgerung und weiteres Vorgehen

Die Vorversuche wurden durchgeführt, um die Druckereinstellungen einzustellen und für den

Multirap M420 anzupassen. Weiterhin sollten die einzelnen Parameter untersucht werden um

zu wissen welche Einfluss diese auf das Ergebnis haben. Dieser Erfahrungen können dann

genutzt werden um die einzelnen Objekte individuell zu optimieren. Durch diese strukturierte

und geplante Arbeitsweise, wurde auch der Drucker besser kennengelernt. Das bedeutet,

wenn zum Beispiel die Unterseite eines Objektes nicht optimal gedruckt wird, hat dieses nicht

4. Ergebnisse

63

zwangsläufig mit den Druckereinstellungen zu tun, sondern der Abstand zwischen Drucktisch

und Hotend muss neu eingestellt werden. Entweder wird die Option z-offset angepasst oder

das gesamte Druckbett neu justiert, um den Abstand zwischen Druckbett und Hotend

einzustellen.

In den beiden nachfolgenden Abbildungen wurden die Versuche dargestellt als

Versuchsbaum. Vorab sind die einzelnen Versuchsreihen benannt. In den Kreisen sind die

Parameter notiert, die verändert wurden und darunter die Versuchsnummer. Die Roten Kreise,

sind die Versuche, die in der jeweiligen Versuchsreihe das optimalste Ergebnis erzielten. Der

Versuchsbaum gibt die Möglichkeit aller Versuche auf einem Blick zu erfassen und es ist

erkennbar welche Veränderungen Vorgenommen wurden um eine Verbesserung der

Einstellung zu erreichen. Versuch 70 hat das beste Ergebnis erzielt hat. Wenn dann alle roten

Kreise zusammen betrachtet werden, sind dieses die Einstellungen mit denen die Versuche für

die Schokoladengussformen oder auch andere Bauteile, durchgeführt werden. Einzelne

Parameter wie z-offset können dann auch individuell noch angepasst werden.

4. Ergebnisse

64

Abbildung 4.35: Versuchsbaum des Vorversuches

4. Ergebnisse

65

Die Versuchsreihen haben gezeigt, dass minimale Einstellungen die Qualität des Ausdruckes

verändert haben. Nicht nur die Qualität ist ein Faktor der beeinflusst wurde, auch die

benötigte Zeit und das Verwendete Material.

Abbildung 4.36: Vergleich von Versuch 1 und Versuch 70

In Abbildung 4.36 ist zum einen die Ergebnisse der Versuches 1 und 70 dargestellt. Im

direkten Vergleich ist zu erkennen, dass die Qualität deutlich verbessert wurde. So sind in

Versuch 1 noch sehr viele Filament Fäden zwischen den einzelnen Buchstaben und Mustern.

Auch die Oberfläche ist in Versuch 70 fast vollständig geschlossen und deutlich glatter.

Betrachtet man die Buchstaben, sind auch die feiner ausgedruckt worden und haben nicht so

viele Löcher wie in Versuch 1. Wenn dann die Druckerstatistik betrachtet wird, die von dem

Programm Repetier-Host errechnet wird, sind auch da deutliche Unterschiede zu erkennen.

Die Druckzeit ist bei Versuch 70 deutlich höher, es werden im mehr Zeilen im G-Code

geschrieben und es werden auch zwei Layer mehr gedruckt. Dafür wird die benötigte

Filamentmenge weniger, wie der Tabelle 4.1 entnommen werden kann.

Tabelle 4.1: Vergleich der Druckerstatistik der Versuche 1 und 70



Layer-Anzahl 8 10

Zeilen gesamt 4956 5848

Benötigtes Filament [mm] 146 107

4. Ergebnisse

66

Die Mehrzahl der Versuche wurde nur einmal durchgeführt, dieses hatte vorwiegend zeitliche

Gründe. Einige Versuche wurden wiederholt und da ist zu erkennen, dass diese keine

Unterschiede aufweisen. Dieses ist auch zu erkennen in den Versuchsreihen, wenn ein

Parameter verändert wurde. Wie zum Beispiel bei der Versuchsreihe Druckbetttemperatur in

Abschnitt 4.1.12, da waren die Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchen waren nur an

der Unterseite zu erkennen, nicht auf der Oberseite.

Die Druckerstatistik wurde Teilweise als Grundlage für die Auswahl verwendet, mit welchen

Einstellungen weiter gearbeitet werden soll. Diese Werte sind von dem Programm errechnet

und waren zum großen Teil nachvollziehbar. Zum Beispiel, wenn die Fülldichte zugenommen

hat, wurde mehr Filament benötigt. Später aufgefallen das einige Zeiten unglaubhaft waren.

Daher können diese Werte als Anhaltspunkt genutzt werden, doch sollte überlegt werden ob

die Richtigkeit dieser Werte noch überprüft werden müsste.

Die Versuche werden nach der Versuchsreihe des Füllgrades abgeschlossen. Dieses hatte zum

einen zeitliche Gründe, zum anderen sind die weiteren Einstellungen stark davon abhängig

was Gedruckt werden soll. Die Kategorien die nicht durchgeführt wurden, sind Füllung,

Geschwindigkeit, Stützmaterial, Multiple Extruder und Fortgeschrittene Funktionen. Das

Muster wie ein Objekt gefüllt wird, ist insofern relevant, wenn das Objekt mechanische

Belastungen ausgesetzt ist. Die Objekte werden nicht so stark beansprucht, dass dieser

Parameter weiter untersucht werden muss. Die Geschwindigkeit, wie einzelne Abschnitte

gedruckt werden sollen wird in diesem Abschnitt nicht weiter untersucht, da dies stark von

dem Objekt abhängig ist. In der Testphase wurde beobachtet, dass die Geschwindigkeit ein

klarer Qualitätsparameter ist. Daher sollten hochwertige Bauteile, mit einer sehr geringen

Geschwindigkeit gedruckt werden. Anders ist es, wenn die Objekte nur einen Nutzen erfüllen

sollen, diese können schneller gedruckt werden Zeit einzusparen. Im allgemein sollte das

Bauteil während des Ausdruckes beobachtet werden und mit einem Host-Programm kann

aktiv während des Druckvorganges die Geschwindigkeit angepasst werden. Die weiteren

Kategorien wurden nicht getestet, weil auch diese für diese Arbeit nicht relevant sind. Es wird

bei keinem Objekt Stützmaterial benötigt. Der einzige Parameter der angepasst werden kann,

sind die Loops, dieses ist abhängig von der Größe des Objektes. Denn sind die Objekte größer

ist es ausreihen ein bis zwei Loops einzustellen, da diese Zeit ausreicht um den Drucker

eventuell noch nach zu justieren.

Bei der automatischen Druckbettabmessung muss aufgepasst werden das keinerlei Filament

am Hotend ist. In der Pause die im G-Code integriert ist (ca. 90 Sekunden), sollte man das

4. Ergebnisse

67

Hotend komplett sauber machen. Wenn der Abstand zu gering ist, ist der erste Layer zu dünn

aber haftet sehr gut auf dem Blue-Tape, das Objekt lässt sich dann schlecht lösen. Die Objekte

können beim Lösen von dem Blue-Tape beschädigt werden und Reste des Tapes haften an

dem Objekt.

4.3 Ergebnisse und Diskussion der Schokoladengussformen

Die Ausgedruckten Formen werden gewaschen und mit Destillierten Wasser abgespült. Nach

dem die Formen abgetrocknet wurden, werden sie bei etwa 35°C gelagert. Diese Schritte sind

wichtig um zum einen die Formen zu reinigen, damit kein Schmutz, Staub oder

Fingerabdrücke auf der Oberfläche sind. Zum anderen sollten die Formen frei von Wasser

sein und sie dürfen nicht zu kalt sein, wenn sie mit der Schokolade gefüllt werden, da sonst

die Schokolade zu schnell auf der Oberfläche der Formen kristallisiert.

Die Schokolade wird bei etwa 50°C gelagert und die benötigte Menge wird entnommen. Um

die Schokolade auf die gewünschten Temperaturen abzukühlen wird das Verfahren der

Handtemperierung angewandt. Das Verfahren sowie die Temperaturangaben werden aus dem

Praktikumsskript der Hochschule Neubrandenburg, Modul Süßwaren- und

Getränketechnologie entnommen. Zu nächst wird 2/3 der Schokoladenmasse auf 28-28,5°C

abgekühlt und dann wird die restlich Schokoladenmasse zugegeben, um die gesamte Masse

auf 31-31,5°C zu erwärmen. Mit Hilfe eines Spritzbeutels wird die Schokolade in die Formen

gegeben und gleichzeitig unter rütteln in der Form verteilt. Die Formen werden direkt nach

diesem Arbeitsschritt in den Kühlraum gebracht, wo die Schokolade auskristallisieren kann

und abkühlt. Der letzte Schritt ist das sogenannte Austafeln. Nach einer halben Stunde werden

die Formen aus der Kühlung genommen und die Schokolade aus den Formen entnommen und

in Alufolie verpackt. Die Ergebnisse dieses Versuches, sind in den Abbildungen 4.1 bis 4.3

abgebildet.

4. Ergebnisse

68

Abbildung 4.37: Abgetafelte Schokolade und die dazugehörige Gussform

Es wurden fünf Formen gedruckt und getestet. In Abbildung 4.37 ist zu erkennen, dass die

Schokolade aus der Form entnommen werden konnte, doch die Schokoladentafel nicht in

einem Stück geblieben ist. Die Schokolade konnte nur sehr schwer aus der Form

herausgebrochen werden. Die Form, welche mit PLA gedruckt wurde, ist zwar stabil und fest

aber ein gewisser Grad Flexibilität ist gegeben. Die Schwierigkeit des herauslösen lag nicht

an der Festigkeit der Form, sondern an deren Beschaffenheit. Die Oberflächen sind in dieser

Form zu rau und die abgekühlte Schokolade haftet zu stark an der Form. In der Abbildung ist

deutlich zu erkennen, dass zwischen den Elementen die Schokolade haften geblieben ist. Bei

der Gussform, die in Abbildung 4.37 dargestellt wurde, konnte die Schokolade komplett

entfernt werden. Bei den anderen vier Formen konnte die Schokolade nicht komplett entfernt

werden, so wie in Abbildung 4.38 zu erkennen.

4. Ergebnisse

69

Abbildung 4.38: Gussform mit Resten der Schokolade

Bei der Gussform, die mit dem Logo der Fachschaftsrates für den Studiengang

Lebensmitteltechnologie hergestellt wurde, konnte die Schokolade nur an den Stellen der

Form herausgebrochen werden, wo kein Logo gedruckt wurde.

Abbildung 4.39: die gebrochene Schokolade in der Gussform

In Abbildung 4.39 ist die Schokoladengussform mit dem Logo der Hochschule

Neubrandenburg dargestellt. Bei dieser Form sowie bei zwei anderen Gussformen, war es

nicht möglich die Schokolade aus dem Formen zu entnehmen. Wie in der Abbildung zu

erkennen, ist die Schokolade in der Form gebrochen aber haftet zu sehr. Dieses war auch bei

der Reinigung ein Problem, diese waren sehr aufwendig. Die mechanischen Einwirkungen

waren Teilweise so stark, dass Teile der Muster Abgebrochen sind. Weiterhin waren kleine

4. Ergebnisse

70

Löcher in den einzelnen Mustern, in denen auch Schokolade war und diese Reste konnten

nicht entfernt werden. Daher konnten die Formen nicht vollständig gereinigt werden.

Die Schokoladengussform mit dem niedrigen Muster, im elektronischen Anhang als

Schokoladengussform HS 3 bezeichnet, wurde nochmals getestet. Auch hier mit nach dem

gleichen Verfahren wie die Vorherigen Versuche. Bei diesem Versuch wurde die

Temperaturführung genauer beachtet und eingehalten. In Abbildung 4.40 ist dieses auch

deutlich zu erkennen, da die Schokolade eine gleichmäßige Farbe hat und der

Referenzversuch eine glatte und glänzende Oberfläche. Auch bei diesem Versuch ist deutlich

zu erkennen, dass die Oberfläche der mit dem 3D-Drucker gefertigten Gussform eine zu Raue

Oberfläche hat. Die Muster sind deutlich zu erkennen aber auch hier ist Schokolade

abgebrochen.

Abbildung 4.40: Versuch 2 Abtafeln der Schokolade in 3D gefertigte Gussformen

Zusammengefasst betrachtet sind die hergestellten Gussformen nicht geeignet um Schokolade

abzutafeln. Zum einen ist die Oberfläche nicht glatt genug, deswegen haftet die Schokolade

sehr stark an der Form. Die Oberflächen von 3D-Modellen können weiter behandelt werden,

auch diesen Arbeitsschritt könnte noch durchgeführt werden um bessere Ergebnisse zu

erzielen. Die Oberfläche kann mechanisch behandelt. Sie wird glatt oder poliert. Die Pfeile,

die zurzeit dem Versuchsstand beiliegen, sind für diese Art von Behandlung zu grob und

würden die Oberfläche noch weiter aufrauen. Um die Oberflächen von 3D-Modellen zu

bearbeiten, gibt es mehrere Möglichkeiten. Im Internet gibt es zahlreiche 3D-Foren, in denen

einige Varianten beschrieben werden, die Oberflächen von 3D-Modellen aus PLA zu

4. Ergebnisse

71

bearbeiten, z.B. die Oberfläche zu bedampfen mit Tetrahydrofuran (Johannes, 2013). Eine

andere Möglichkeit ist das Anstreichen der Oberfläche mit Epoxidharz (Doris, 2014). Die

Informationen über diese Verfahren werden in verschiedenen Blogs und Communities

verbreitet, doch wissenschaftliche Berichte wurden im Rahmen dieser Arbeit nicht gefunden.

Daher besteht ihm Rahmen weiterer wissenschaftlicher Projekte die Möglichkeit dies zu

testen.

Die Schokolade die verwendet wurde, war ein Versuch im Rahmen einer wissenschaftlichen

Arbeit und ist von der Beschaffenheit nicht optimal. Für den Test mit den Schokoladenformen

war die Masse jedoch ausreichend, denn lediglich die Partikelgröße war nicht optimal. Die

genauen Werte der Schokolade sind in der „Einfluss von Kakaopulver auf die Eigenschaften

von Schokolade bei konventioneller Prozessführung“ dokumentiert (Burk, 2016). Auch die

Temperaturführung war nicht ideal.

Eine weitere Optimierungsmöglichkeit, ist ein anderes Filament zu verwenden. Im Laufe des

Projektes wurden einige Filamente angeschafft unter anderem auch flexiblere Materialien als

PLA. Die Eigenschaften der einzelnen Filamente sind in Datenblättern zusammengefasst, die

im Handbuch hinterlegt sind. Eignen würden sich sogenannte Thermoplastische Elastomere,

wie zum Beispiel das Ninja Flex Filament oder etwa das Taulmann Nylon Bridge Filament.

Um diese Möglichkeit in Betracht zu ziehen, müsste geprüft werden ob die Filamente sich für

den Gebrauch mit Lebensmittel eignen. Laut Hersteller soll das Ninja Flex Filament

zugelassen sein für den Gebrauch im Kontakt mit Lebensmitteln. Des Weiteren müssten

ausgiebige Versuche gemacht werden um die optimalen Druckereinstellungen zu definieren.

Dies könnte gleich aufgebaut werden wie die Chip-druck-Versuche.

Auch die STL-Dateien bzw. Inventor-Dateien sollten für ein erfolgreiches Ergebnis nochmals

überarbeitet werden. Denn es hat sich gezeigt, dass die Elemente, welche in die Form

integriert wurden, zum einen Teil zu detailliert waren und zu hoch gedruckt wurden. Wie in

Abbildung 4.37 zu erkennen, sind die Elemente sehr Flach gedruckt worden und nur bei

dieser Form hat sich die Schokolade lösen können. Auch wenn die Schokolade sich schwer

von dieser Gussform gelöst hat, ist in Abbildung 4.38 zu sehen, dass die Schokolade zu sehr

an den Elementen haften blieb. Daher ist es ausreichend, wenn individuelle Gestaltungen in

einer Schokoladengussform mit maximal einem Millimeter stärke gedruckt werden.

4. Ergebnisse

72

4.4 Erfahrungsbericht Anwendungsschulung 3D-Druck

Am 1. Und 2. September 2015 wurde von den Projektmitgliedern, T. Franke und J. Steinke,

eine Anwendungsschulung mit dem Thema „3D-Druck“ veranstaltet. Die Schulung richtete

sich an Professoren und Mitarbeiter der Hochschule Neubrandenburg. Inhaltlich sollte die

Schulung einen kompletten Einblick in das 3D-Druckverfahren geben, speziell das Arbeiten

am Multirap M420. Die Präsentation, die zur Veranschaulichung einiger Themeninhalte

angefertigt wurde, ist im elektronischen Anhang beigelegt.

Nachdem der grobe Plan für die beiden Schulungstage erläutert wurde, ist Herr Franke auf die

Vielfalt der Abkürzungen eingegangen. Zum Anfang der Literaturrecherche ist es den

Projektpartnern schwergefallen, die Fülle an Abkürzungen zu erfassen. Daher hat Herr Franke

schon in seinem Zwischenbericht ein Abkürzungsverzeichnis erstellt. Dieses Verzeichnis

wurde den 4 Teilnehmern ausgehändigt und einige wichtige Abkürzung, die zum Verständnis

der Inhalte essentiell sind, wurde in diesen Zusammenhang erläutert. Im weiteren Verlauf

wurde auf die Geschichte des 3D-Drucks, die Verfahren, die Filamente, eine Vorstellung des

3D-Druckers Multirap M420 sowie auf die Dateikette vom CAD-Programm bis hin zum

fertigen Objekt eingegangen. Die Inhalte werden in diesem Kapitel nicht weiter erläutert, das

sie zum Teil in dem Abschnitt Stand von Wissenschaft und Technik aufgeführt sind oder in

der Masterthesis von Herr Franke thematisiert werden. Dann folgte im Praktischen Abschnitt

der Schulung die Inbetriebnahme des Systems. Der 3D-Drucker Multirap M420 wurde Schritt

für Schritt erklärt und simultan dazu erläutert wie das Gerät vorbereitet werden muss. Die

Kurzanleitung die in diesem Zusammenhang verwendet wurde, ist im Handbuch zu finden in

Abschnitt 0. Im gleichen Abschnitt wird das Komplette Vorgehen zudem spezifischer

erläutert.

Im weiteren Verlauf der Schulung wurden Übungen durchgeführt. Herr Helmholz hat in

seinem Masterproject einige CAD-Programme getestet und ist in diesem Zuge zu dem

Entschluss gekommen, dass Google SketchUp ein geeignetes Programm für Einsteiger ist.

Einen kurzen Einblick zu diesem Programm hat Herr Helmholz im Abschnitt 3.2.3 gegeben

(Helmholz, 2015). Auf der Website von SketchUp befinden sich einige einführende Videos

zum Erlernen des Programmes, auch wenn das Programm geöffnet wird, ist ein Link direkt zu

diesen Videos hinterlegt. Für den Einstieg in dieses Programm wurde eines dieser Videos

gezeigt. Dieses beinhaltete die wichtigsten Funktionen um einfache Zeichnungen durchführen

zu können. Auf diesem Weg wurden den Teilnehmern kurz und kompakt der Umgang mit

dem Programm erklärt, so dass gleich in eine Übung übergeleitet werden konnte. Die erste

4. Ergebnisse

73

Aufgabe die gestellt wurde, war es einen Würfel zu konstruieren. Zum Teil war der Einstieg

schwierig, die Zeichnungen in einem 3D-Format zu zeichnen. Das bedeutet, dass die

Oberfläche so gestaltet ist, dass gleich ein 3D-Objekt erstellt wird. Es wurde von den

Teilnehmern ein Quader konstruiert, statt eines Würfels. Zusätzlich wurde auf der Plattform

Thingiverse nach passenden STL-Dateien gesucht. Das heißt ein Modell das nicht zu

kompliziert konstruiert ist und die Form an sich nicht zu groß ist um die Druckzeit so kurz

wie möglich zu halten. Die Teilnehmer haben sich eine Plätzchenausstechform in Form eines

Hasen ausgesucht. Die STL-Datei wurde in Cura hochgeladen, die notwendigen

Druckereinstellungen wurden überprüft, dann wurde das Objekt auf dem Drucktisch platziert

und die gewünschten Druckeinstellungen wurden durchgeführt. Das Modell wurde dann als

G-Code auf einer SD-Karte gespeichert. Diese SD-Karte wurde genutzt um den G-Code auf

das zum Drucker zugehörige Tablet zu überführen. Die Firma Multec liefert das Tablet mit

einer dazu gehörigen App. Mit Hilfe dieser kann der Drucker gesteuert und das Objekt

gedruckt werden. Der Drucker sowie das Druckbett wurden unter dem Punkt Inbetriebnahme

des Systems soweit vorbereitet, dass der Druck zeitnah gestartet werden konnte. Es wurde den

Teilnehmern gezeigt, dass es wichtig ist, dass der erste Layer gut auf dem Druckbett platziert

wird. Diese Feinjustierung bedarf etwas Übung, daher durften die Teilnehmer dies mit

Anleitung durchführen. Die ersten 2 Ausdruckversuche sind nicht in dem Maße eingestellt

worden, dass der Ausdruck ein Erfolg wurde. Auf Grund dessen wurde der Druck beendet

und nach Reinigung des Blue-Tape der Druck erneut gestartet.

Der Praktische Teil am Ersten Tag war mit dieser Übung abgeschlossen. Zu den Haupthemen

wurden noch Extrathemen vorgetragen. Diese Themen dienten dazu die Teilnehmer

zusätzliche Informationen rund um das Thema 3D-Druck zu geben. Die Themen waren

Aktuelles aus den Medien, Beschaffung eines Druckers, Arten und Beschaffung der

Filamente, 3D-Druckdienste, rechtliche Aspekte und Oberflächenbehandlung der

ausgedruckten Modelle (Franke, 2016).

Tag zwei der Schulung wurde mit einem Rückblick des Folgetages und einen Ausblick auf

den Tag eingeführt. Zu Beginn der Schulung kam D. Helmholz dazu und konnte durch sein

know how in Bezug auf SketchUp unterstützen. Daher wurde die Schulung mit einer Übung

in SketchUp eingeleitet. Die Teilnehmer haben eine definierte Aufgabe bekommen, diese ist

in Abbildung 4.41 dargestellt. Es wurden die notwendigen Bemaßungen angegeben (Breite

12cm; Tiefe 18cm und Höhe der obersten Stufe 12cm). Bei der Problematik des Vortages die

richtigen Maßen einzugeben, konnte D. Helmholz helfen, da er sich im Rahmen seiner Arbeit

4. Ergebnisse

74

ausgiebig mit dem Programm auseinandergesetzt hat. Die Teilnehmer hatten anfänglich

Probleme die Stufen korrekt zu bemaßen und benötigten etwas Übung um die nötigen

Funktionen zu beherrschen. Zusätzlich hatten die Teilnehmer die Aufgabe das Modell als

STL-Datei zu speichern. Daraufhin sollten die Dateien selbständig in Cura eingefügt und als

G-Code gespeichert werden, mit vorher abgesprochen Einstellungen. Der 3D-Drucker wurde

zunächst In Betrieb genommen, mit der Anleitung, die den Tag davor schon verwendet

wurde. Die Teilnehmer haben Unterstützung bekommen, sollten aber die Arbeitsschritte

selbständig durchführen. Daraufhin hat jeder Teilnehmer seine eigene Treppe ausgedruckt,

aufgrund der Druckzeit wurden die Objekte kleiner skaliert.

Abbildung 4.41: Übung Treppe, Anwendungsschulung

Der nächste Punkt auf der Agenda war die Erklärung des Host-Programmes Repetier-Host,

bzw. dem Slicing-Programm Slic3r. Auch an dieser Stelle wird nicht weiter auf die

Einzelheiten eingegangen, da dieses Thema in dem Anschnitt 2.3 erläutert wird. Nach dem

Theoretischem Abschnitt folgte eine weiter praktische Durchführung. Den Teilnehmern

wurde am 3D-Drucker gezeigt und erklärt wie sie ein Filament wechseln können und welche

Einzelheiten dabei zu beachten sind. Wichtig bei diesem Vorgang ist es darauf zu achten,

welches Material verwendet wird, da die Einzelnen Materialien unterschiedliche

Schmelztemperaturen haben. Welche Temperaturen für die einzelnen Materialen zu beachten

sind, ist in den Filament-Datenblättern hinterlegt, die im Handbuch zu finden sind. Sind die

Temperaturdifferenzen zu groß, sollte während des Vorganges ein weiteres Filament

verwendet werden, welches einen Temperaturbereich zwischen den beiden Filamenten hat.

Auf diesem Weg ist es möglich die Temperatur langsam zu reduzieren ohne die Düse zu

beschädigen, zum Beispiel durch Verkrustungen im Inneren wenn das Material zu heiß

geworden ist. Ein weiterer Punkt der in diesem Zusammenhang besprochen wurde, ist die

Farbe der Filamente. Es ist darauf zu achten, wenn die Materialien unterschietliche Farben

haben, das genügend Filament extrudiert werden muss, damit das nächste Objekt sauber

4. Ergebnisse

75

ausgedruckt werden kann. Bei den Düsendurchmessern ist zu beachten, dass zwei

verschiedene bestellt wurden, 0,35mm und 0,5mm. Dabei muss weiterhin beachtet werden

welche Filamentaufnahme verwendet wird, dieses richtet sich danach, welcher Durchmesser

das Filament hat. Einer der letzten Themen für diesen Schulungstag, war die Kategorie

„Dumm gelaufen“. Anhand von fehlerhaften Ausdrucken wurde den Teilnehmern aufgezeigt

welche Fehler gemacht werden können. Ein Beispiel dafür ist ein verschobenes Objekt, das

während des Ausdruckes so gedruckt wurde, das die Layer nicht übereinander gedruckt

wurden. Dieses kann vorkommen, wenn ein der beiden Antriebsriemen nicht genügend

gespannt ist. Wartung und Pflege des Druckers ist in Abschnitt 0 erfasst. Zum Abschluss der

beiden Tage wurde eine Feedbackrunde eingeleitet, in dieser alle Teilnehmer aufführten

inwiefern die Schulung nach persönlichem empfinden verlaufen ist und offene Fragen zu

verschieden Themen wurden beantwortet.

4.5 Erfahrungsbericht Modul Produktentwicklung im Masterstudiengang

Die Studenten sollen Gießstempel konstruieren um Gummizuckerwaren herzustellen. Im

diesen Zusammenhang wurden den Studenten das Verfahren des 3D-Druckes kurz erläutert.

Im elektronischen Anhang befindet sich die PowerPoint Präsentation, Kurz-Einführung

Software CAD. Diese Präsentation ist ähnlich aufgebaut, wie die Präsentation die genutzt

wurde für die Anwendungsschulung, welche im Vorherigen Abschnitt thematisiert wurde. Die

Studenten sollten mit Google SketchUp üben wie eine CAD-Zeichnung angefertigt wird und

es wurden Anwendungsaufgaben gestellt. Die Aufgabe war es, ein Würfel zu erstellen, deren

Kanterlänge 5 cm beträgt. Diese Aufgabe diente dazu, dass die Studenten lerne wie sie einen

Körper extrudieren und definierte Längenangaben eingeben können. Dieses wurde zügig von

den Studenten gelöst und es musste wenig geholfen werden. Daraufhin wurde eine weiter

Anwendungsaufgabe gestellt, welche die gleiche war, wie in der Anwendungsschulung. Die

Studenten sollten eine Treppe konstruieren mit definierten Abmaßen. Die Treppe sollte wie

in Abbildung 4.41 erstellt werden. Dieser Aufgabe erforderte mehr Hilfestellung, da es für

einige Kurzteilnehmer nicht so einfach war die einzelnen Stufen verschieden zu extrudieren.

Die nächste Veranstaltung für dieses Modul wurde so gestaltet, das die Studenten nur eine

Anwendungsaufgabe erhalten haben. Es wurde eine beliebige Digitalkamera gewählt und aus

mehreren Perspektiven dargestellt und mittels Beamer für alle Teilnehmer sichtbar dargestellt.

Ein Versuch die Kamera zu konstruieren ist in Abbildung 4.41 abgebildet. Es war deutlich zu

sehen, dass einige Studenten Probleme mit dieser Aufgabenstellung hatten.

4. Ergebnisse

76

Abbildung 4.42: Entwurf einer Digitalkamera in SketchUp

Zum andern wurde hier schon deutlich dass dieses Programm für einige Durchführungen

nicht ausreichend ausgelegt ist. Das bedeutet, wenn beispielsweise mehrere Kreise extrudiert

werden sollen (wie bei dem Objektiv) dann müssen die Skizzen alle gleichzeitig gemacht

werden. Denn wenn diese extrudiert werden, ist der Mittelpunkt des vorherigen Kreises nicht

mehr sichtbar und der nächste Kreis kann nicht symmetrisch zu dem anderen Kreis skizziert

werden. Eine weitere Funktion die mit dem Programm nicht genutzt werden kann, ist das

abspeichern in einer STL-Datei, dieses ist näher in Abschnitt 4.6.5. erläutert.

Mit diesen Grundlagen sollten die Studenten nun ihre eigenen Formen gestalten und als STL-

Datei speichern. Nach kurzer Zeit wurden die ersten Formen erstellt und konnten gedruckt

werden. Ein Auszug dieser Formen ist in Abbildung 4.43 dargestellt. Wenn man die beiden

äußeren Modelle betrachtet ist zu erkennen, dass diese nicht in der gewünschten Form

gedruckt wurden.

Abbildung 4.43: Von Studenten erstellte Gießstempel für den Kurs Produktentwicklung

Dieses Problem kann an der STL-Datei liegen, die in SketchUp erstellt wurde. Die

Vermutung ist das die Formen mehrfach in dem Programm geändert wurde und aufgrund

dessen die Normalen der Dreiecke im Volumenmodel nicht richtig definiert wurden. Sobald

die STL-Datei in Repetier-Host hochgeladen wurde erscheint eine Fehlermeldung im rechten

Menüfeld, die aussagt dass das Objekt nicht „Wasserdicht“ ist. Das bedeutet, dass in dem

Objekt noch Löcher sind und es somit nicht geschlossen ist. Mathematisch gesehen müssen

alle Normalen jeder Oberflächen in die richtige Richtung weisen. Wenn dieses nicht der Fall

4. Ergebnisse

77

ist und einige der Normalen in die falsche Richtung zeigen, kann das Programm nicht

bestimmen ober es eine Außenseite oder Innenseite ist. Um dieses Problem zu beheben gibt es

auch dafür zahlreiche Programme die im Internet heruntergeladen werden können. Bei der

Fehlermeldung in Repetier-Host ist ein Link hinterlegt, um das Programm Netfabb herunter

zu laden. Daher wurde diese Software verwendet um die Fehlerhaften Objekte zu reparieren.

Der Download ist nicht kostenpflichtig und ist einfach zu handhaben. Im Internet kann ein

Handbuch unter netfabb.com herunter geladen werden, mit Beschreibungen wie vorzugehen

ist bei der Reparatur von Objekten (netfabb GmbH , 2011). Wie dieser Vorgang funktioniert

wird im Handbuch unter Abschnitt 7 weiter erläutert. Die meisten Formen der Studenten

konnten auf diesem Weg repariert werden, einige musste leider erneut erstellt werden. Da es

die Probleme der Fehlerhaften Objekte hauptsächlich mit den Formen gab die mit SketchUp

erstellt wurden, wurde eine zusätzliche Einführung in Inventor abgehalten. Es wurden

innerhalb kurzer Zeit, für die Studenten die Interesse hatte, die wichtigsten Funktionen des

Programmes gezeigt. Nachdem die Studenten die Formen in Inventor neu gestaltet haben,

konnten auch diese gedruckt werden und es konnte die Gummizuckerwaren für den

Verbrauchertest der Studenten angefertigt werden.

4. Ergebnisse

78

4.6 Handbuch zur Durchführung

4.6.1 Aufbau und Bestandteile des Systems

Der 3D-Drucker Multirap M420 ist von der Firma Multec und die Verfahrensweise ist das

Schmelzschichtverfahren. Das Komplette System ist in Abbildung 4.45 dargestellt inklusive

Steuergehäuse, Computer und Zubehör.

Abbildung 4.44: Der Multirap M 420 mit Zubehör

4. Ergebnisse

79

Abbildung 4.45: Der Multirap M420

In Abbildung 4.45 ist Nummer Eins das Druckbett des 3D-Druckers. Auf dem Drucktisch

liegt eine Kunststoffplatte, diese wird mit dem Blue Tape befestigt.

Nummer zwei sind die sogenannten Extruder, diese sind in Abbildung 4.46 detaillierter

abgebildet. Im unteren Abschnitt (als a gekennzeichnet) befindet sich das Hotend bzw. die

Düse, sie wird mit einer Mutter befestigt. Das Quadratische Bauteil (als b beschriftet),

welches direkt an der Mutter ist und durch das die Düse gesteckt ist, ist das Thermostat. Jede

Düse wird durch ein separates Thermostat erhitzt und dieses ist mit der Steuerung verbunden

durch die Kabel, die am hinteren Ender des Thermostates befestigt sind (hier schwarz

umwickelt).

4. Ergebnisse

80

Abbildung 4.46: Extruder-Multec-Duo-Pro (multec GmbH, 2015)

Mit c sind die Extruder gekennzeichnet, in Abbildung 4.46 ist die Halterung geöffnet und der

Extruder besser erkennbar. Der Extruder befördert das Filament in die Düse. An den blauen

Metallbauteil, ist ein weißes Plastikrad befestig, durch dieses wird das Filament an den

Extruder gedrückt. Dieses kann durch die Flügelmuttern (mit d beschriftet) oberhalb geöffnet

werden. Wenn Filament gewechselt werden soll, sind die Schrauben zu lösen. Dadurch kann

die Filamentaufnahme einfacher erreicht werden, da das Anziehen der Schrauben auch die

Intensität bestimmt, wie sehr das Filament gegen den Extruder gedrückt wird. Daher kann der

Zwischenraum zwischen Extruder und weißem Plastikrad sehr gering sein.

Abbildung 4.47: Düsensatz 3mm Filament und 0,5mm Düse-Multec-PRO 2 (multec GmbH, 2015)

In Abbildung 4.47 ist ein Düsensatz abgebildet. Diese besteht aus einer Filamentaufnahme, in

Weiß und der Düse. Die Filamentaufnahme kann gewechselt werden, welche verwendet wird,

richtet sich nach dem Durchmesser des Filaments. Es gibt Filament mit einem Durchmesser

von 2,85mm, bei diesem wird die Filamentaufnahme mit einem Innendurchmesser von 3mm

verwendet. Dann gibt es wiederum Filament, welches einen Durchmesser von 1,75mm, bei

diesem wird dann die Filamentaufnahme verwendet mit einem Innendurchmesser von

4. Ergebnisse

81

1,75mm. Die Filamente werden wie in Abbildung 4.45 als 3 gekennzeichnet auf eine

Halterung gesteckt, dieses ist eine Metallstange. Diese Stange ist in eine Halterung

eingelassen und ist somit frei beweglich und es können zu jedem Zeitpunkt die Filamente

gewechselt werden.

Das Bauteil, welches in Abbildung 4.45 als 4 gekennzeichnet ist, ist die Z-Achse. Die

Extruder sind auf schlitten montiert, dadurch ist diese Baugruppe beweglich. Die Bewegung

in Z-richtung, wird durch eine Spindel durchgeführt, welche durch einen Elektromotor

koordiniert wird. Die Befehle für die Bewegungen, werden über die Steuerung an den Motor

weiter gegeben und werden entweder manuell durchgeführt oder durch den generierten G-

Code.

Abbildung 4.48: Steuerung und Stelltrafo für den Multec M420

In Abbildung 4.48 ist links die Steuerung abgebildet. Es ist zu erkennen, dass alle Kabel in

das Gehäuse führen. Das Gehäuse geöffnet ist in Abbildung 4.49 dargestellt und da ist auch

die Steuerplatine zu erkennen. Wie die Kabel der einzelnen Elemente, wie die Achsenmotoren

oder der Lüfter, mit der Platine verbunden werden ist mit genauen Abbildungen in der

Aufbauanleitung beschrieben (Abschnitt 4.5.6) Verkabelung der Steuerung und eine

Übersicht ist in Abbildung 4.50 dargestellt. In dem Gehäuse selber ist ein Lüfter verbaut, der

die Platine belüftet. Die Steuerung wird mittels USB mit dem Computer oder dem Tablet

verbunden, dieses ist das graue Kabel in Abbildung 4.48, welches aus dem Steuergehäuse

führt. Um die Steuerung an zu schalten, muss recht der An-/Ausschalter betätigt werden (am

hinteren Teil des Gehäuses).

4. Ergebnisse

82

Abbildung 4.49:Gehäuse der Steuerung

geöffnet

Abbildung 4.50: Verdrahtungsplan Multirap M420

Es wurde ein Stelltrafo eingebaut, um die Leistung des Heizbettes zu erhöhen und die Zeit zu

verkürzen, die benötigt wird um das Druckbett auf die gewünschte Temperatur zu bringen.

Dieses Trafo ist rechts neben dem Steuergehäuse und muss als erstes eingeschaltet werden um

Überspannungen zu vermeiden.

Abbildung 4.51: Druckbett mit Endstops und Motoren

Das Druckbett wurde Eingangs schon beschrieben. In Abbildung 4.51 ist dieses aus einem

anderen Blickwinkel abgebildet. In der Abbildung sind die Richtungen der X- und Y-Achsen

eingezeichnet. Das Druckbett bewegt sich in die beiden Richtungen um einen Layer zu

4. Ergebnisse

83

drucken. Damit der nächste Layer gedruckt werden kann, bewegt der Extruder sich in Z-

Richtung nach oben und das Druckbett bewegt sich wieder in X- und Y- Richtung um den

nächsten Layer fertig zu stellen. Die Abmaßen des Druckraumes werden in dem Slicing-

Programm sowie im Host-Programm eingegeben. Das Druckbett ist in Y-Richtung 400mm

lang und in X-Richtung 200mm breit. Die Höhe in Z-Richtung wurde in den Programmen auf

160mm eingestellt. Bevor der Druck gestartet wird, wird jedes Mal der Drucker auf die

Home-Position gefahren. Das bedeutet, dass alle 3 Achsen auf den Null-Punkt gefahren

werden. Dieses wird mit Hilfe der Endstopps durchgeführt. Die Endstopps sind in der

Abbildung rot eingekreist und sind eine Lichtschranke. Daher ist es wichtig, wenn der

Drucker eingeschaltet wird, dass die beiden Endstopps rot leuchten. Unterhalb des Alu-Profils

der beiden Achsen wurde je ein L-förmiger Messingstreifen montiert. Dieser Streifen wurde

so angebracht, dass wenn dieser die Lichtschranke durchbricht, der Null-Punkt der einzelnen

Achsen erreicht wurde. Wenn dieser Vorgang abgeschlossen ist, hat die Steuerung die genaue

Position des Extruders und kann das Objekt an die gewünschte stelle drucken. Damit der 3D-

Drucker das Druckbett bewegen kann, sind zwei Elektromotoren montiert, in Abbildung 4.51

sind das die beiden schwarzen Bauteile. Auf die Motorwellen wurde je ein Riemenrädchen

geschraubt und durch die Riemen werden beide Achsen unabhängig voneinander bewegt. Es

ist bei den Riemen darauf zu achten das sie Parallel zur Profilstrebe verlaufen und das die

Schrauben nicht zu stark angezogen sind, sonst verziehen sich die Riemenrädchen.

Wie in Abbildung 4.44 zu erkennen, ist an den Waagen auf den der Multirap M420 steht, ein

Computer montiert. Dieser PC ist für den 3D-Drucker und hat alle notwendigen Programme

um mit dem 3D-Drucker zu arbeiten. Es sind nicht nur die Programme Repetier-Host und

Sli3r, welche in der Arbeit beschrieben sind auf dem PC installiert, sondern auch Matter

Control, Cura, Netfabb und SketchUp. Es gibt 3 Accounts die für diesen PC angelegt wurden.

Zum einen den Administrator Account für einen Mitarbeiter der Hochschule, dieser ist für die

IT in dem Fachbereich verantwortlich. Dann gibt es noch einen Account für die Studenten

und Mitarbeiter die mit dem Drucker arbeiten und dieser ist mit Administratorenrechten

ausgestattet. Der dritte Account ist für alle Studenten die im Rahmen verschiedener Projekte

an dem 3D-Drucker arbeiten möchten aber ohne Administratoren rechte. Für den letzten

Account ist das Password am Monitor ersichtlich.

Eine andere Möglichkeit den Drucker zu steuern und die Objekte zu drucken, ist über das

Tablet.

4. Ergebnisse

84

Abbildung 4.52: Tablet Multirap-Touch 2

Das Tablet wurde zusammen mit dem Bausatz bestellt und es wurde von der Firma Multec die

dazu gehörige App vorab installiert. Die App Multec 3D Druck kann von jedem Nutzer von

Google Play heruntergeladen werden aber die nötigen Lizenzschlüssel erhält der Nutzer nur

von der Firma Multec, wenn er einen Drucker kauft. In Abbildung 4.52 ist das Bedienfeld der

App abgebildet und die Funktionsweise wird im Anhang beschrieben. Die Bedienung

gestaltet sich Aufgrund der Größe der Funktionstasten schwierig, daher nicht zu empfehlen.

4.6.2 Inbetriebnahme des 3D-Druckers Multirap M420

Eine kurze Checkliste für die nachfolgenden Beschreibungen, ist im Anhang und liegt dem

System bei.

Voreinstellungen:

Als ersten Bevor etwas am Drucker gemacht wird, müssen sich die Hände gewaschen werden,

da Fettrückstände an den Händen dazu führen das die Haftung auf dem Druckbett nicht so gut

ist, wenn das Blue Tape berührt wird.

Auf den Waagen sind zwei Verteiler befestigt, diese werden an Steckerleisten eingesteckt und

eingeschaltet. Nachdem das System mit Strom versorg ist, können die beiden Lampen

eingeschaltet werden. Der nächste Schritt ist das Einschalten des Stelltrafos, erst wenn die

24V auf der Anzeige steht ist das Gerät einsatzbereit. Erst nach diesem Schritt kann die

Steuereinheit angeschaltet werden. Die beiden Endstopps für die X- und Y-Achse sollten nun

rot leuchten. Nun kann der Multirap M420 mit dem PC oder dem Tablet verbunden werden

über den USB-Anschluss.

4. Ergebnisse

85

Bevor der 3D-Drucker betriebsbereit ist, müssen noch einige Punkte kontrolliert werden. Auf

den Verfahrschienen der X- und Y- Achse kann sich Staub oder Öl befinden, dieser muss

entfernt werden, damit die Schlitten das Druckbett ohne Störungen bewegen können.

Daraufhin sollte das Druckbett manuell in alle 4 Ecken gefahren werden und dabei darauf

achten ob sich das Druckbett ohne Probleme bewegen lässt. Als letzten Schritt sollte das Blue

Tape kontrolliert werden, ob die Oberfläche geschlossen ist und keinerlei Schädigungen

erkennbar sind. Das Blue Tape kann dann ausgetauscht werden, dabei bitte beachten, dass das

Tape gerade von der Rolle entnommen wird, damit es sich nicht verzieht. Es muss nicht mit

dem Blue Tape gearbeitet werden, Kaptan Tape steht auch zu Verfügung, es ist immer darauf

zu achten welches Filament Verwendet wird und nie auf der Heizplatte direkt drucken. Das

Tape schütz zum einen die Platte, sorgt für einen besseren Halt des Objektes und dient als

Befestigung der Kunststoffplatte, die auf der Heizplatte liegt.

In den nächsten Schritt gibt es mehrere Möglichkeiten, denn nun wird der Drucker entweder

mit einem PC verbunden oder mit dem Tablet. Zunächst wird die Verbindung mit dem Tablet

beschrieben.

Den Multirap M420 mit PC und Repetier-Host bedienen:

Wie beim Tablet muss der Drucker mit dem Computer verbunden werden. Auch hier Erfolg

die Verbindung über ein USB-Kabel. Hier ist darauf zu achten das der Drucker einen seriellen

Anschluss hat und daher bei der ersten Benutzungen dieses eingestellt werden muss. Wenn

der Computer mit dem Internet verbunden ist und der Benutzer als Administrator angemeldet

ist, wird diese Einstellung automatisch angepasst. Wichtig ist das der Anschluss des Druckers

übereinstimmt. Sobald der 3D-Drucker angeschlossen ist, kann unter Systemsteuerung die

Eigenschaften des Druckers angepasst werden. Der PC der im Labor ist, hat den Anschluss

COM 3 für den Drucker gespeichert. Dieses muss mit den Druckereinstellungen in

RepetierHost übereinstimmen. Diese Einstellungen sind in Abbildung 4.53 dargestellt.

Wichtig in diesem Reiter der Druckereinstellung, ist die Baudrate 115200. Auch für andere

Host-Programme sind diese Einstellungen wichtig.

4. Ergebnisse

86

Abbildung 4.53: Druckereinstellungen in dem Programm Repetier-Host

Bei den Druckereinstellungen gibt es mehrere Register, in denen die Wichtigsten Parameter

eingestellt werden, damit der 3D-Drucker optimal genutzt werden kann. Diese sind im

Anhang abgebildet und im Computer im Labor gespeichert.

Wenn diese Einstellungen getätigt sind, muss das Programm mit dem Drucker verbunden

werden, hierzu auf den roten Button mit der Beschriftung Verbinden klicken. Sobald die

Verbindung aktiv ist, ist das Symbol grün hinterlegt. Der nächste Schritt ist es, im Menü

rechts, auf das Register Manuelle Kontrolle zu gehen. Die wichtigsten Funktionen sind in

Abbildung 4.54 dargestellt.

4. Ergebnisse

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Abbildung 4.54: Manuelle Kontrolle in Repetier-Host mit den wichtigsten Funktionen

Dann sollte die Justierung des Druckbettes durchgeführt werden, wie im Anhang unter dem

Punkt „Den Multirap M420 mit dem Tablet bedienen“ beschrieben. Die Home-Position kann

durch den Button durchgeführt werden, der wie ein Haus gestaltet ist und keinen Inhalt hat.

Eine andere Möglichkeit ist es den G-Code „G28“ manuell in das Feld G-Code oberhalb der

Steuerung ein zu tragen. Nachdem das Druckbett eingestellt wurde, kann kontrolliert werden

ob es gerade ist, indem der G-Code „G29“ eingegeben wird. Der Drucker misst dann das

Druckbett in vier Punkten ab und die Ergebnisse sind in der Statusleiste unterhalb des

virtuellen Druckbettes nachzuvollziehen.

Um nun ein Objekt zu drucken, muss die gewünschte STL-Datei hochgeladen werden. Indem

der Button Öffnen angeklickt wird. Nachdem die gewünschte Datei gewählt wurde, erscheint

sie auf dem virtuellen Druckbett. Unter dem Register Objektplatzierung sind die

Möglichkeiten gegeben die Objekte zu kopieren, zentrieren, skalieren, drehen, schneiden und

spiegeln. Auf der linken Seite des virtuellen Drucktisches sind einige Tools angelegt. Wenn

der Button mit dem Bewegungskreuz und dem LKW aktiviert wird, kann das markierte

Objekt auf dem Drucktisch neu platziert werden. Das Objekt kann im linken Menüfeld

markiert werden, wenn die Objektgruppe blau hinterlegt ist, ist dies markiert. Dieses ist

wichtig wenn mehrere Objekte auf dem Drucktisch platziert werden sollen. Wenn das Objekt

in der richtigen Position ist und die gewünschte Größe (kann beliebig unter Skalierung

4. Ergebnisse

88

geändert werden) hat kann das slicing gestartet werden. Dieses wird durchgeführt indem

rechts im Menü das Register Slicer gewählt wird. Unter dem Menüpunkt Slicer kann das

gewünschte Programm gewählt werden. Zur Auswahl stehen je nach Version von Repetier-

Host Slic3r, Cura Engine oder Skeinforge. Je nach ausgewähltem Programm verändert sich

das Menü. In dem Projekt wurde vorrangig mit Slic3r gearbeitet, daher beziehen sich die

weiteren Beschreibungen auf dieses Programm. Wie sich das Menü aufgebaut ist, wenn Slic3r

ausgewählt wird, ist in Abbildung 4.55 dargestellt.

Abbildung 4.55: Menü in Repetier-Host, wenn das Programm Sli3r gewählt wird zum slicen

Denn hier ist es möglich gespeicherte Einstellungen auszuwählen ohne die vor jedem Druck

neu an zu passen. Die Einstellungen für die Druckereinstellung, Druckeinstellung und für die

beiden Extruder werden direkt in dem Programm Slic3r angepasst und gespeichert. Über den

Button Konfiguration öffnet sich das Programm. Wie die Einstellungen vorgenommen werden

und auf welche Einstellung zu achten ist, wird in dem Abschnitt 2.4.2 ausführlich

4. Ergebnisse

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beschrieben. Ein Inhalt dieser Arbeit, war es die Einstellungen zu optimieren und auf das

verwendete Filament anzupassen. Wie die einzelnen Parameter eingestellt wurden und welche

Einstellungen die besten Ergebnisse erzielt haben, wird in Abschnitt 3.3 weiter erläutert.

Sind alle Einstellungen angepasst, kann der große Button Slice mit Slic3r angeklickt werden.

Zeitgleich erscheint eine grüne Statusanzeige, die den Verlauf des Prozesses abbildet. Bei

kleineren Objekten dauert dieser Vorgang nur wenige Sekunden, sofern das Objekt etwas

umfangreicher ist, kann es schon einige Minuten dauern. Sofern der Slicing-Prozess

abgeschlossen ist, wird das Objekt auf dem virtuellen Drucktisch in seinen Schichten

dargestellt. Zugleich werden Stützmaterialien und wenn gewünscht die Reise-Bewegungen

angezeigt. In dieser Anzeige kann genau nachvollzogen werden wie die einzelnen Layer

gedruckt werden sollen. Wenn es gewünscht ist, können die einzelnen Layer angezeigt

werden. Außerdem werden die Druckerstatistiken angezeigt, das wären die Geschätzte

Druckzeit, die Layer-Anzahl, die Zeilen gesamt (im G-Code) und das Benötigte Filament.

Dieses unter dem Register Vorschau zu finden. Das andere Register ist G-Code Editor, dort

ist der Komplette G-Code hinterlegt. Hier gibt es noch die Möglichkeit den G-Code zu

verändern, sollte man auf diesem Gebiet keine Erfahrungen, sollte man auch nichts weiter

verändern. Nun kann der Druck gestartet werden, in dem der Button Starte Druck oberhalb

des virtuellen Drucktisches. Gleichzeitig sollte das Register Manuelle Kontrolle gewählt

werden. Zum einen um in den Druckprozess einzugreifen, wenn es notwendig ist. Das heißt,

dass sie Parameter Flussrate und Geschwindigkeit jederzeit angepasst werden können. Zum

anderen wird der virtuelle Druck gleichzeitig zum realen Druck dargestellt mit einem

geringen Vorsprung. Auch hier gibt es die Möglichkeit den Druck zu unterbrechen, wenn

dieser nicht wie gewünscht von statten geht, indem der Notstopp Button betätigt wird. Ist der

Druck abgeschlossen, werden das Heizbett sowie der Extruder nicht weiter beheizt und

verringern ihre Temperatur. Ist dieses nicht gewünscht, kann dieses vor dem Start eines

Druckes eingestellt werden unter Druckereinstellungen, Register Drucker und dann das

Häkchen entsprechend raus nehmen, beispielsweise bei Heizbett nach Job/Beenden

ausschalten. Nach dem Der druck abgeschlossen ist, kann das Modell vom Druckbett entfernt

werden, dieses ist einfacher wenn das Druckbett noch beheizt ist und wenn eine Art Spachtel

verwendet wird. Der Spachtel/ Eiskratzer ist mehrfach in Ausgedruckter Form vorhanden und

die notwendige STL-Datei ist auf der Website von Multec zu finden.

4. Ergebnisse

90

4.6.3 Wartung und Pflege des 3D-Druckers Multirap M420

List man sich im Internet die Erfahrungsberichte durch von dem Multirap M420, fällt gleich

auf das viele Kunden ein positives Feedback geben. Der 3D-Drucker Begeistert durch seinen

Aufbau, Größe, Flexibilität aber vor allem, dass der Drucker eine sehr lange Lebensdauer hat

und nicht an Qualität verliert. Daher wirbt die Firma Multec damit, dass der 3D Drucker

Wartungsarm ist. Einige Hinweise zu Pflege gibt die Firma in der zum Gerät dazu gehörigen

Aufbau- und Bedienungsanleitung. Daher an dieser Stelle nur eine kurze Beschreibung der

wichtigsten Kriterien, zur Pflege des 3D-Druckers: Regelmäßig sollte der Drucker gereinigt

werden, vor allem wenn der 3D-Drucker längere Zeit nicht in Betrieb genommen wurde. Die

Schienen sind geölt, wenn diese gereinigt werden, sollte darauf geachtet werden, ob neues Öl

aufgetragen werden muss. Wenn der Drucker längere Zeit nicht in Betrieb war, sollte auch

das Druckbett neu justiert werden und das Blue-Tape gewechselt werden. Weiterhin sollten

die Schrauben regelmäßig kontrolliert und nachgezogen werden.

Pflege der Düsen

Für eine lange Lebensdauer der Düsen, wird empfohlen, dass für jedes Material eine Separate

Düse verwendetet werden sollte. Durch ständigen wechseln des Filaments kann es zu

Verstopfung der Düse kommen. Teilweise durch Materialreste und durch die

Temperaturunterschiede kann es zu Verkrustungen in der Düse kommen. Dass eine Düse

verstopft ist kann sich dadurch äußern, dass nicht genügend Material abgeben wird und so das

Objekt nicht wie gewünscht ausgedruckt werden kann. Sollte dieser Fall eintreten, kann

zunächst versucht werden die Düse zu spülen. Die Düse wird dabei auf eine höhere

Temperatur gebracht, wie für das Filament vorgesehen ist (PLA auf 230°C) und das wird

mehrfach extrudiert. Dieser Vorgang wird dann solange wiederholt, bis ein gleichmäßiger

Faden aus dem Hotend kommt, der keine Luftblasen beinhaltet. Ein weiter Grund für eine

Düsenverstopfung, kann Staub sein. Daher sollte das Filament mit einem kleinen Schwamm

gereinigt werden. Weiterhin sollte eine mechanische Beschädigung der Düse vermieden

werden, wie zum Beispiel das Aufbohren oder reinigen Der düse durch mechanische

Einwirkungen.

4. Ergebnisse

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4.6.4 Filamentdatenbank

Abbildung 4.56: Datenblatt HIPS-Filament

Abbildung 4.57: Datenblatt Lay Brick Filament

4. Ergebnisse

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Abbildung 4.58: Datenblatt Lay Wood Filament

Abbildung 4.59: Datenblatt Ninja Flex

4. Ergebnisse

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Abbildung 4.60: Datenblatt Nylon Bridge

Abbildung 4.61: Datenblatt PLA

4. Ergebnisse

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Abbildung 4.62: Datenblatt PLA HT

Abbildung 4.63: Datenblatt Poro GelLay

4. Ergebnisse

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Abbildung 4.64: Datenblatt PVA

Abbildung 4.65: Datenblatt Taulmann T-Glase

4. Ergebnisse

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4.6.5 Tipps & Tricks

Die Aufbau und Bedienungsanleitung des Multirap M420 bietet viel Tipps und Tricks für den

Umgang mit dem 3D-Drucker, daher ist sie im elektronischem Anhang gespeichert. In diesem

Abschnitt werden zusätzlich zu der Anleitung Tipps und Tricks aufgeführt, die während der

Arbeit am 3D-Drucker in diesem Projekt aufgefallen sind.

Wie kann eine STL-Datei in Google SketchUp erstellt werden?

Hierzu benötigt der Nutzer eine zusätzliche Datei, die im vornherein downloaden muss. Die

benötigte Datei ist auf der Website von SketchUp zu finden im sogenannten

Erweiterungsmarkt und es wird dazu ein Google Konto benötigt. Wenn diese Datei

heruntergeladen wurde, muss diese abgespeichert werden. Um den Vorgang während des

Kurses zu vereinfachen, wurde die notwendige Datei im Forum der Veranstaltung gespeichert

und jeder Teilnehmer musste diese Datei auf seinem Computer in einem Ordner ablegen.

Dann sollten die Studenten alle gleichzeitig diese Erweiterung aktivieren. Dafür musste sie

auf den Reiter Fenster gehen, dann auf Voreinstellung und daraufhin hat sich ein Fenster

geöffnet. Dieses Fenster ist in Abbildung 4.66 abgebildet und in diesem dann auf der linken

Seite Erweiterung wählen und dann unter auf den Button Erweiterung installieren… klicken.

Dann muss nur noch die Datei die vorher gespeichert wurde ausgewählt werden und der

Vorgang ist abgeschlossen. Nun kann unter dem Reiter Datei die Funktion Exportieren STL

genutzt werden.

Abbildung 4.66: Fenster Voreinstellung in dem Programm Google SketchUp

4. Ergebnisse

97

Warp-Effekt vermeiden

Vor allem bei massiven und großen Bauteilen kann es zu einem Warp-Effekt kommen.

Ursachen dafür können sein, das nicht genügen Haftung besteht zwischen Druckbett und

ersten Layer, unterschiedlich Abkühlgeschwindigkeiten im Objekt oder durch ungleichmäßig

verteilter Eigenspannung im Filament. Wie dieser Warp-Effekt zu erkennen ist, ist in

Abbildung 4.67 zu erkennen. Das Objekt löst sich auf der rechten Seite in diesem Bild vom

Drucktisch.

Abbildung 4.67: Objekt mit Warp-Effekt

Einige Parameter können während des Druckes verändert werden um diesen Effekt zu

verhindern. Es kann ein beheiztes Druckbett verwendet werden, die Temperaturen richten sich

dabei auf das verwendete Filament. Dadurch erhöht sich die Haftung des Filaments auf dem

Druckbett, die Temperaturunterschiede im Objekt sind nicht zu groß und dadurch kühlt das

Objekt nicht so unregelmäßig ab. Die Druckbetttemperatur kann auch dafür genutzt werden,

um die Temperaturdifferenz zwischen Druckbett und Hotend zu minimieren. Eine bessere

Haftung des Filaments auf Drucktisch kann auch erreicht werden wenn auf Blue-Tape

gedruckt wird, andere Möglichkeiten sind Kapton-Band, Klebestift, Doppelseitiges

Klebeband oder auch Haarspray. Dieses sind nur einige Möglichkeiten zur Vermeidung der

Schrumpfung, es können auch andere Parameter geändert werden um ein besseres Ergebnis zu

erzielen, wie Füllgrad oder Höhe des ersten Layers.

4. Ergebnisse

98

Es wird nicht mit genügend Material gedruckt!

An einigen Stellen der einzelnen Schichten fehlt Material. Wenn beim Drucken der Extruder

beobachtet wird, ist zu erkennen, dass sich da Material ablagert. Durch dieses überschüssige

Material kann der Extruder das Filament nicht richtig greifen und so nicht in das Hotend

befördern. Dafür kann es mehrere Gründe geben. Zum einen kann es sein das die Feder, die

das kleine Weiße Rädchen an das Filament presst, ist zu straff gezogen. Dann dieses einfach

locker und beim extrudieren stückchenweise fester ziehen. Wenn das Filament in einem

geraden Faden aus dem Hotend befördert wird, bitte nicht fester ziehen. Ein anderer Grund,

dass nicht genügend Material abgegeben wird, kann sein, dass die Düse Verstopft ist. Dann

das Hotend auf 230°C erhitzen, wenn PLA verwendet wird, und so lange extrudieren bis

genügend Material ausgegeben wird. Sollte dieses nicht der Fall seien, noch einmal versuchen

per Hand das Material durch die Düse zu drücken. Dabei die Feder vor dem Extruder lösen

und mit etwas Kraftaufwand das Filament in die Düse drücken. Wenn auch auf diesen weg

kein besseres Ergebnis erzielt wird, muss eventuell die Düse gewechselt werden.

Objekt ist nicht „Wasserdicht“

Die erstellte STL-Datei ist in Repetier-Host hochgeladen, doch das Programm zeigt an das

das Objekt nicht „Wasserdicht“ ist. Dann muss dieses Model repariert werden. Es gibt dafür

mehrere Programme, auf dem Computer im Labor ist dafür Netfabb installiert.

Netfabb wird geöffnet und dann wird im Reiter oben Bauteil gewählt und dann Hinzufügen.

Dann öffnet sich eine Fester und es kann Objekt gewählt werden, welches repariert werden

muss. Das Objekt wird nun dargestellt, und es erscheint ein Ausrufezeichen im Warndreieck

unten links im Bild, wie in Abbildung 4.68.

Abbildung 4.68: Fehlerhaftes Objekt in dem Programm Netfabb geöffnet

4. Ergebnisse

99

Dann auf den Button klicken der wie ein rotes Plus gestaltet ist in der oberen Menüleiste.

Abbildung 4.69: Menü im Reparaturmodul in

Netfabb

Sobald der Button gedrückt wurde öffnet sich ein

Reparaturmodul. Das Menü ist in Abbildung 4.69

dargestellt. Als nächsten Schritt den Button

Aktualisieren betätigen, daraufhin wird angezeigt wie

viele falsche Orientierungen und Löcher sich in dem

Objekt befinden. Um die Reparatur zu starten muss

auf den Button Reparaturautomatik unten links

geklickt werden. Dann öffnet sich ein Fenster und

Standardreparatur wird ausgewählt und der Button

Ausführen betätigt. Der nächste Schritt ist, dass der

Button Reparatur anwenden betätigt wird und es

öffnet sich ein neues Fenster. In dem Fenster den

Button Altes Bauteil löschen wählen. Wenn dann das

Warndreieck nicht mehr eingeblendet ist, ist die

Reparatur erfolgreich durchgeführt werden. Falls das

nicht der Fall ist, muss das Objekt manuell repariert

werden. Dieser Vorgang wird in dem

Benutzerhandbuch von Netfabb beschrieben und steht

im Internet zur Verfügung. Der letzte Schritt ist es

das Objekt wieder als STL-Datei zu speichern. Dieses

ist möglich, wenn in der Menüleiste oben Bauteil

ausgewählt wird daraufhin dann Bauteil exportieren

und einfach als STL auswählen. Das reparierte Objekt

wird nun im gewünschten Ordner abgespeichert.

z-offset beeinflusst den ersten Layer

Die Option z-offset ist eine Funktion die in dem Programm Slic3r eingestellt werden kann.

Der erste Layer ist der wichtigste und bestimmt unter anderem die Qualität des Bauteils. Wie

der erste Layer auf das Druckbett aufgetragen wird bestimmt die Haftung des Bauteils. Hat

das Material nicht genügend Haftung, kann es im schlimmsten Fall passieren, dass der zweite

Layer nicht wie gewünscht aufgetragen werden kann. Bei kleineren Flächen kann es auch

4. Ergebnisse

100

sein, dass beim Ausdrucken des zweiten Layers, die erste Schicht sich ablöst und so an der

Düse sich das Filament sammelt. Bei größeren Bauteilen, die zu Massiv gedruckt werden,

kann es durch die geringe Haftung zum Warp-Effekt kommen. Um dieses zu vermeiden ist

die Justierung der Düse wichtig. Sie sollte wie vorab beschrieben auf 0,2mm eingestellt

werden. Wenn dann der Abstand doch noch zu groß ist, kann diese Differenz durch die

Option z-offset eingestellt werden. Die Änderung in dem Programm ist schnell gemacht und

wenn größere Bauteile gedruckt werden, kann zunächst mit kleineren Objekten der richtige

Abstand ausgetestet werden.

4.6.6 Die wichtigsten Begriffe (Glossar)

Im 3D-Druck gibt es viele Begriffe und dieses Glossar soll helfen diese zu verstehen.

Bezeichnung Erläuterung

ABS Ist die Abkürzung für Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat.

Dieses Polymer wird häufig verwendet im 3D-Druck und ist im

Vergleich zu PLA fester und Hitzebeständiger. Nachteile sind ein

unangenehmer Geruch bei der Verarbeitung, da es zum Teil aus

Giftigen Stoffen bestehen kann und ABS neigt zum Warp. Dennoch

liefert es gute Ergebnisse und die Oberflächen der Objekte können

zum Glätten mit Aceton nachbehandelt werden.

Additive Fertigung /

Additive

Manufacturing /

generative Fertigung

Bezeichnet das Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, die durch

ablagern oder sukzessives Hinzufügen von Material entstehen. Im

Falle des FDM-Verfahrens ist es das Schichtweise auftragen von

geschmolzenem Kunststoff mithilfe von Extrudern und dem Hotend.

Die Schichten verbinden sich dauerhaft miteinander, in diesem Fall

durch Schmelzen aber auch Kleben, Sintern oder Polymerisieren

sind Möglichkeiten. Durch dieses Verfahren ist es möglich

gleichzeitig mehrere Bauteile zu produzieren, mit

unterschiedlichster Geometrie.

Bridge / Brücke Das Druckmaterial wird über eine kurze Strecke in der Luft

gedruckt, wie eine Brücke. Das Material wird zur Stabilisierung

dann wieder auf festen Untergrund gedruckt.

4. Ergebnisse

101


CAD Ist die Abkürzung für „Computer Aided Design“, ins Deutsche

übersetzt bedeutet CAD „rechnergestütztes Konstruieren“. Es

bezeichnet das Erstellen von Bauteilen am Computer, z.B. in den

Programmen Inventor oder SketchUp.

Druckbett /Heizbett Ist die Fläche des 3D-Druckers auf der das Material aufgetragen

wird und die 3D-Objekte entstehen. Um die Haftung zu erhöhen

wird dieses oft beheizt und dieses ist wiederum abhängig vom

Filament, welches verwendet wird.

Dual Extruder-

Technik

Besteht aus zwei Düsen, die das Material schichtweise Auftragen.

Damit können Bauteile aus zwei Materialien gedruckt werden. Seit

Ende des Jahres 2015 hat Multec ein 4-Farbextruder mit Antitropf-

Funktion veröffentlich.

Druckgeschwindigkeit Die übliche Messeinheit für die Druckgeschwindigkeit im Bereich

des 3D-Drucks ist mm/s. Je höher die Geschwindigkeit, umso mehr

Material muss der Extruder verarbeiten können. Die Qualität der

Objekte ist auch durch die Druckgeschwindigkeit beeinflussbar, je

langsamer gedruckt wird, umso besser wird das Ergebnis.

Endstop Ist im Falle des Multirap M420 ein optischer Schalter, kann aber

auch mechanisch oder magnetisch sein. Wird ausgelöst wenn der

Drucktisch das Ende erreicht hat und veranlasst das Stoppen des

Drucktisches.

Extruder Befördert das Filament in den die Düse, dieser Vorgang wird als

Extrusion bezeichnet. Die Retraction ist der umgekehrte Vorgang,

dabei wird das Filament aus Düse gezogen.

FDM Ist die Abkürzung für „Fused Deposition Modelling“ und im

deutschen wird es als „Schmelzschichtung“ übersetzt.

Schmelzfähiges Material wird in Schichten ausgegeben und daraus

entsteht das 3D-Modell.

4. Ergebnisse

102


Filament Ist das Schmelzfähige Material, welches beim FDM-Verfahren

verwendet wird. Ist in der Regel ein Plastikdraht, der in den

Durchmessern 3,0 und 1,75 mm auf Spulen ist.

Fill Patter /

Füllmuster / Infill

Ist von außen nicht sichtbarer Innenraum des Objektes und kann

verschiedenste geometrische Formen aufweisen, diese Vorher mit

dem Slicing-Programm festgelegt werden. Dadurch entsteht ein

Hohlraum, der durch den Füllgrad festgelegt wird und aufgrund

dieser Einstellungen kann Material und Zeit eingespart werden.

G-Code Ist eine genormte Computersprache und mit dieser kann ein 3D-

Drucker angesteuert werden. Auf diesen Weg werden die

Informationen übermittelt während des Druckes, wieviel Material

ausgegeben werden soll, welche Positionen angefahren werden, es

ist die Düsentemperatur sowie die Betttemperatur festgelegt. Es

können auch einzelne Befehle an die Druckersteuerung gesendet

werden, wie zum Beispiel G28, die dem Drucker den Befehl gibt in

die Homingposition zu fahren.

Glastemperatur Ist ein Temperaturbereich, bei dem ein Material bzw. Werkstoff eine

gummiartige bis zähflüssige Konsistenz aufweist. Dieses ist ein

Indikator für die Betttemperatur, da diese Temperaturbereich die

Haftung des Objektes bestimmt sowie den Vortriebwiederstand in

der Düse

Hotend Ist der Bauteil des Druckkopfes, welcher das Material erhitz und

schmilzt und über welches das Material in flüssiger Form

ausgegeben wird

Homing Ist die Null-Position der Drei Achsen X, Y und Z. An diesem Punkt

wird die Position des Druckkopfes festgelegt und dieser Vorgang

wird vor Beginn jedes Ausdruckes durchgeführt. In den Host-

Programmen gibt es auch einen Homing-Button oder der Befehl G

28 muss eingegeben werden. Dieses ist wichtig zum Einstellen des

Düsenabstandes zum Druckbett.

4. Ergebnisse

103


Kapton Ist ein Klebeband, welches aus Polyimid-Kunstoff hergestellt wird.

Es kann verwendet werden um das Druckbett zu bekleben, wenn

höhere Temperaturen erforderlich werden, zum Beispiel wenn mit

ABS gedruckt wird.

Layer Bezeichnet die einzelnen Schichten aus denen ein Objekt aufgebaut

wird. Es können beim slicen verschiedene Layerdicken eingestellt

werden, wie zum Beispiel 0,1 mm oder auch 0,4 mm. Je schmaler

der Layer umso feiner wird der Ausdruck, doch dadurch erhöht sich

die Druckzeit

Manifold Objekt Die Modelle werden durch Dreiecke gebildet, wenn jedes dieser

Dreiecke mit drei anderen Dreiecken verbunden ist, werden sie als

Manifold bezeichnet. Ist ein Objekt nicht Manifold, dann weist es an

einer Stelle ein Loch auf. Diese Objekte können dann nicht gedruckt

werden, da mathematisch nicht unterschieden werden kann

zwischen innen und außen. Diese Objekte sind nicht „Wasserdicht“.

Open GL Ist eine Programmierschnittstelle für Computergrafikanwendungen

im Bereich 2D und 3D.

Open Source Software, deren Quelltext offenliegt.

Perimeter Dieses ist der Außenbereich des Objektes. In der Regel werden sie

als erstes in einem Layer gedruckt und dann die Füllung/Infill. Die

Anzahl der Perimeter können im Slicing-Programm festgelegt

werden, in der Regel werden drei Perimeter gedruckt. Sie sind

ausschlaggebend für die Optik des Objektes und werden daher

langsamer ausgedruckt.

PLA Ist die Bezeichnung für Polylactid/ Polymilchsäure. Dieser

Kunststoff schmilzt schon bei niedrigen Temperaturen und ist

Biologisch abbaubar. Neigt gering zum Warp, ist hart und ungiftig.

4. Ergebnisse

104


Raft Ist eine Konstruktion die gedruckt wird, bevor das eigentliche

Objekt gedruckt wird. Es dient dazu Warp zu vermeiden und die

Haftung zu erhöhen. Eignet sich gut für Objekte mit einer geringen

Auflagefläche, zum Beispiel für Spiralen. Nachteil ist, dass das Raft

später wieder entfernt werden muss und daher keine glatte Fläche

entsteht.

Retract Ist der Entgegengesetzte Arbeitsschritt zur Extrusion. Das Material

wird vom Hotend weg geführt kurz bevor der Druckkopf bewegt

wird, damit kein Material ungewollt austritt.

Serielle Schnittstelle Dieses ist eine Computerschnittstelle, die relativ einfach ist und

genormt. Über diese Schnittstelle können Daten Ausgetauscht

werden und wird im Bereich des 3D-Druckes für die

Kommunikation zwischen 3D-Drucker und Computer verwendet.

Slicer Ist ein Programm, welches die 3D-Modell in den für den 3D-

Drucker verwertbaren G-Code umwandelt.

STL Ist die Bezeichnung für „Surface Tesselation Language“ und ist ein

Computerdateiformat, welches 3D-Modelle aufnehmen kann.

Stützstruktur /

Support Material

Ist eine zusätzliche Konstruktion, welche vom Slicer berechnet wird,

damit es Möglich ist Überhänge zu drucken, da mit dem FDM-

Verfahren nicht in der Luft gedruckt werden kann. Diese

Konstruktion wird bei Nutzung von einem Extruder aus dem

Material gedruckt, welches für das Objekt verwendet wird. Bei Dual

Extruder Nutzung kann dafür ein anderes Material verwendet

werden. Bei PLA wird PVA verwendet und bei ABS wird aus HIPS

die Stützstruktur gedruckt. Diese Materialien sind einfacher zu

entfernen, als wenn die Stützstruktur aus dem Material entsteht wie

auch das Objekt.

4. Ergebnisse

105


Warp-Effekt Ist ein Unerwünschter Effekt, welcher auftreten kann, wenn das

Objekt nicht genügen Haftung hat auf dem Druckbett oder es zu

thermischen Spannungen kommt während des Ausdruckes. Warp

zeichnet sich dadurch aus, das sich ein Teil des Objektes nach ober

wölbt.

4. Ergebnisse

106

4.7 Abschlussdiskussion

Die Vorversuche haben gezeigt, dass durch Veränderung einiger Parameter sich das

Druckbild deutlich verbessern kann. Die in Inventor erstellten Schokoladenformen wurden

mit den Einstellungen des Vorversuches gedruckt und dieses Ergebnis war gut. Die

Oberflächen wurden glatt und ohne Löcher gedruckt, doch die Muster weißten einige Löcher

auf. Diese Löcher könnten ich weiteren Versuchen minimiert werden, wenn die Anzahl der

Perimeter verändert wird oder die Größe der Muster. Die Versuche mit der Schokolade

zeigten dass die STL-Dateien der Gussformen bearbeitet werden müssen. Die Höhe der

Muster sollte minimiert werden, da die Schokolade zwischen den einzelnen Elementen stark

haftete. Zusätzlich sollte überlegt werden mit welchen Mustern weiter gearbeitet werden

sollte, es zeigte sich das die Formen mit vielen kleinen Details sich nicht geeignet haben zum

Abtafeln, da auch hier die Schokolade haften geblieben ist. Die Muster sind nur ein Parameter

der verändert werden muss. Es ist deutlich zu erkennen das die Schokoladentafeln keine glatte

Oberfläche haben und das die Schokolade sich schwer oder überhaupt nicht lösen lies. Daher

sollte über eine weitere Behandlung der Oberfläche in Betracht gezogen werden. Einige

Möglichkeiten sind in Abschnitt 4.3 aufgeführt.

Für die Arbeit mit den Studenten, wurde der Inhalt der Schulung auf die wesentlichen Punkte

reduziert. Sollt ein solches Projekt in diesem Rahmen nochmal durchgeführt werden, sollte

eventuell gleich mit Inventor gearbeitet werden. Zusätzlich könnte Überlegt werden, dass die

Studenten die Konstruktion nur an dem PC in der Hochschule durchführen. Bei diesen

Veranstaltungen ist es dann notwendig eine Person zu Verfügung zu stellen, die mit der

Arbeit in Inventor oder anderen Programmen vertraut ist um Fragen zu beantworten, während

die Studenten ihre Form konstruieren. Dieses bietet dann auch die Möglichkeit vorzeitig den

Studenten Tipps zu, dass die von Ihnen gewählte Form, eventuell zu einen nicht so guten

Ergebnis führen umso unnötige fehlversuche zu vermeiden. Ob dieses eine Möglichkeit wäre

um ein Modul in diesem Umfang mit zu gestalten, sollte mit den Lernzielen abgeglichen

werden.

Da das Themengebiet sehr Umfangreich ist, sollte dieses Handbuch durch jeden Nutzer

erweitert werden. So dass im Laufe der Projekte mit dem 3D-Drucker eine Art Sammelwerk

der Erfahrungen, Vorgehensweisen und Tipps zum Umgang mit dem Multirap M420 entsteht.

Dieses vereinfacht die Arbeit an dem Drucker und verkürzt die jeweilige Einarbeitungszeit.

5. Zusammenfassung

107

5. Zusammenfassung

Die Arbeit wurde im Rahmen des Projektes Foodprint 3D erstellt. Ziel dieser Arbeit ist es

eine Gussform zu entwickeln mit Hilfe eines 3D Druckers und das Erstellen eines

Handbuches, um die Arbeit am 3D-Drucker zu erleichtern.

Es wurde der 3D-Drucker Multirap M420 der Firma Multec als Bausatz eingesetzt.

Notwendige Software um 3D-Modelle zu konstruieren, zu bearbeiten und zu drucken wurde

getestet. Für die 3D-Konstruktion wurde Autodesk Inventor verwendet, dieses ist ein CAD-

Programm der Firma Autodesk. In dieser Arbeit wird beschrieben wie dieses Programm

genutzt wurde, um die Gussformen zu erstellen. Slic3r ist ein Slicing-Programm, welches

genutzt wurde um das 3D-Modell zu bearbeiten und somit einen für den Drucker lesbaren G-

Code zu erstellen. Im Rahmen der Vorversuche wurden die einzelnen Parameter in diesem

Programm geändert und getestet, um das Druckergebnis zu verbessen. Um den G-Code an

den 3D-Drucker zu senden und ihn zu steuern wurde das Programm Repetiert-Host

verwendet. Dieses ist ein Host-Programm, welches auch während des Druckvorganges den

Drucker steuert. Nach Abschluss der Vorversuche wurden die Einstellungen in Slic3r genutzt

um Gussformen für Schokolade herzustellen. Ziel dieser Versuche war es eine

Kostengünstige Alternative zu entwickeln um individuelle Gussformen zu erstellen. Es

wurden fünf verschiedene Modelle konstruiert und gedruckt.

Des Weiteren wurden Anwendungsschulungen durchgeführt für Studenten und Mitarbeiter

der Hochschule Neubrandenburg. Die Studenten wurden geschult in Bezug auf die Arbeit mit

CAD-Programmen, um für ein Modul selbständig 3D-Formen zu erstellen. Diese Formen

wurden dann mit dem Multirap M420 gedruckt und waren Bestandteil ihrer Arbeit. Die

Mitarbeiter der Hochschule erhielten einen umfassenden Einblick in die 3D-Drucktechnik und

haben im Verlauf der Schulung selbständig mit dem 3D-Drucker gearbeitet.

Ein weiteres Ziel dieser Arbeit, war das Erstellen eines Handbuches. Dieses soll für die Arbeit

am 3D-Drucker genutzt werden. Es soll den Bediener die Funktionsweise und den Aufbau des

Druckers näher bringen und dem Umgang erleichtern. Dieses beinhaltet Tipps und Tricks

sowie Wartung und Pflege des Multirap M420. Zusätzlich wurde eine Datenbank der

vorhandenen Filamente erstellt und die Arbeitsweise Repetier-Host beschrieben. Somit bieten

die Ergebnisse dieser Arbeit eine gute Grundlage um ein gewisses know how aufzubauen und

weiter zu entwickeln.

6. Abstract

108

6. Abstract

The following paper decribes the process of Fused Filament Fabrication and the software

which is required to work with a 3D-printer. Individual parameters which affect the print

layout were tested and charackterised. Positive and negative influences on the product as

result of changed settings were demonstrated and documented on a printed chip. The aim of

this research was to find the ideal printer adjustments (temperature, layer height) to produce

an accurate mould. The moulds will be used for groceries that’s why a casting mould for

chocolate was chosen. With the help of the CAD-software Inventor different moulds were

developed and tested. Furthermore a user guide was established which includes the most

important information for the handling of an Multirap M420-3D-Printer. In addition the user

guide contains field reports of participants in a 3D-printer course. To summarise it can be said

that this document gives an introducing overview of the topic 3D-Printing.

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109

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113

8. Verwendete Abkürzungen

.ipt Inventor Part

SLS Selektives Lasersintern

SLM Selektives Laserschmelzen

EBM Elektronenstrahlschmelzen

FDM Fused Deposition Modeling

STL Stereolithographie (Druckverfahren); Surface Tesselation Language

(Dateiformat)

FTI Film Transfer Imaging

DLP Digital Light Processing

MJM Multi-Jet Modeling

LOM Laminated Object Modeling

SPM Space Puzzle Molding

CC Contour Crafting

FFF Fused Filament Fabrication

CAD Computer Aided Design

3D Drei Dimensional

PLA Polymilchsäure

ABS Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer

9. Abbildungen

114

9. Abbildungen

Abbildung 2.1: Prinzip des 3D-Drucks im Fused Deposition Modeling Verfahren (CustomPartNet, 2015) ................................................................................................... 8

Abbildung 2.2: Aufbau und Funktionsweise des Spritzgießens (German RepRap GmbH, 2015) ............................................................................................................................. 13

Abbildung 2.3: Startseite Inventor Professional 2016 – Studentenversion .............................. 17

Abbildung 2.4: Neues Bauteil erstellen in Autodesk Inventor und die Auswahl der Ebene ... 18

Abbildung 2.5: Multifunktionsleiste Skizze ............................................................................. 18

Abbildung 2.6: Extrusion der 2D-Skizze in Autodesk Inventor .............................................. 19

Abbildung 2.7: Benutzeroberfläche Repetier-Host .................................................................. 21

Abbildung 2.8: Volumen- und Oberflächenmodell (Prang, 2014) ........................................... 23

Abbildung 2.9: Die Software Slic3r in dem Register Plater .................................................... 25

Abbildung 2.10: Die Software Slic3r im Register Printer Settings ......................................... 25

Abbildung 3.1: Der 3D-Drucker Multirap M420 der Firma Multec (multec GmbH, 2015) ... 30

Abbildung 3.2: Professioneller Multec duo pro Extruder aus Edelstahl-/ Aluminiumbauteilen und Stahl-Getriebemotoren mit sehr geringem Düsenabstand (multec GmbH, 2015) 31

Abbildung 3.3: Zeichnung des 3D-Modelles Einkaufchip Technologie in Milimeter............. 31

Abbildung 3.4: Verschiedene Layerhöhe und dadurch abhängige Layerbreite (Aleksandrowicz, 2015) ............................................................................................... 38

Abbildung 3.5: Unterschiede der Schrift, in Abhängigkeit der Anzahl der Perimeter ............ 40

Abbildung 3.6: Schokoladengussform mit Hochschullogo und Bemaßungen ........................ 45

Abbildung 4.1: Oberseite der Versuchsreihe z-offset, Versuche 1-3 ....................................... 47

Abbildung 4.2: Unterseite der Versuchsreihe z-offset, Versuche 1 - 3 .................................... 47

Abbildung 4.3: Oberseite Versuchsreihe Retraction - Length, Versuche 2, 4-8 ...................... 48

Abbildung 4.4: Oberseite Versuchsreihe Lift Z, Versuche 5, 9 und 10 ................................... 49

Abbildung 4.5: Unterseite Versuchsreihe Lift Z, Versuch 5, 9 und 10 .................................... 49

Abbildung 4.6: Oberseite Versuchsreihe Speed, Versuche 5, 11 – 13 ..................................... 50

Abbildung 4.7: Unterseite Versuchsreihe Speed, Versuche 5, 11 - 13 .................................... 50

Abbildung 4.8: Oberseite Versuchsreihe Extra length on restart, Versuch 5,14 und 15 ......... 50

Abbildung 4.9: Unterseite Versuchsreihe Extra length on restart, Versuche 5, 14 und 15 ...... 50

Abbildung 4.10: Oberseite Versuchsreihe 2 Minimum travel after retraction, Versuche 5, 16-19 .................................................................................................................................. 51

Abbildung 4.11: Versuch 17.3 Abbildung 4.12: Versuch 17.4 ............................................ 52

Abbildung 4.13: Versuch 20 Abbildung 4.14: Versuch 20.2 ................................................ 52

Abbildung 4.15: Versuch 21 Oberseite Abbildung 4.16: Versuch 21 Unterseite ................. 53

Abbildung 4.17: Oberseite Versuchsreihe Multipier, Versuche 17.4, 22-25 ........................... 53

9. Abbildungen

115

Abbildung 4.18: Unterseite Versuchsreihe First Layer, Versuch 25 - 30 ................................ 54

Abbildung 4.19: Oberseite Versuchsreihe Other Layer, Versuche 25, 31 – 35 ....................... 54

Abbildung 4.20: Oberseite Versuchsreihe Druckbetttemperatur, Versuche 35 – 40 ............... 55

Abbildung 4.21: Unterseite Versuchsreihe Druckbetttemperatur, Versuche 35 – 40 .............. 55

Abbildung 4.22: Oberseite Wiederholungsversuche von Versuch 35 ..................................... 56

Abbildung 4.23: Unterseite Wiederholungsversuche von Versuch 35 .................................... 56

Abbildung 4.24: Oberseite Versuchsreihe Layer height, Versuche 35, 41-44 ......................... 57

Abbildung 4.25: Unterseite Versuchsreihe First layer height, Versuche 45 - 50 ..................... 57

Abbildung 4.26: Oberseite Versuchsreihe Solid Layers - Top, Versuche 46, 55 - 57 ............. 58

Abbildung 4.27: Unterseite Versuchsreihe Solid Layers - Bottom, Versuche 46, 58 - 60 ...... 59

Abbildung 4.28: Oberseite Versuchsreihe Extra perimeters if needed, Versuche 46 und 61 .. 59

Abbildung 4.29: Oberseite Versuchsreihe Avoid crossing perimeters (slow), Versuche 46 und 62 .................................................................................................................................. 60

Abbildung 4.30: Versuchsreihe Detect thin walls, Versuche 62 und 63 .................................. 60

Abbildung 4.31: Oberseite Versuchsreihe Detect bridging perimeters, Versuche 62 und 64.. 60

Abbildung 4.32: Oberseite Versuchsreihe Seam position, Versuche 62, 65 und 66 ................ 61

Abbildung 4.33: Oberseite Versuchsreihe External perimeters first, Versuche 62 und 67 ...... 61

Abbildung 4.34: Oberseite Versuchsreihe Fill density, Versuche 62, 68 - 75 ......................... 62

Abbildung 4.35: Versuchsbaum des Vorversuches .................................................................. 64

Abbildung 4.36: Vergleich von Versuch 1 und Versuch 70 .................................................... 65

Abbildung 4.37: Abgetafelte Schokolade und die dazugehörige Gussform ............................ 68

Abbildung 4.38: Gussform mit Resten der Schokolade ........................................................... 69

Abbildung 4.39: die gebrochene Schokolade in der Gussform ................................................ 69

Abbildung 4.40: Versuch 2 Abtafeln der Schokolade in 3D gefertigte Gussformen ............... 70

Abbildung 4.41: Übung Treppe, Anwendungsschulung .......................................................... 74

Abbildung 4.42: Entwurf einer Digitalkamera in SketchUp .................................................... 76

Abbildung 4.43: Von Studenten erstellte Gießstempel für den Kurs Produktentwicklung ..... 76

Abbildung 4.44: Der Multirap M 420 mit Zubehör ................................................................. 78

Abbildung 4.45: Der Multirap M420 ....................................................................................... 79

Abbildung 4.46: Extruder-Multec-Duo-Pro (multec GmbH, 2015) ........................................ 80

Abbildung 4.47: Düsensatz 3mm Filament und 0,5mm Düse-Multec-PRO 2 (multec GmbH, 2015) ............................................................................................................................. 80

Abbildung 4.48: Steuerung und Stelltrafo für den Multec M420 ............................................ 81

Abbildung 4.49:Gehäuse der Steuerung geöffnet .................................................................... 82

Abbildung 4.50: Verdrahtungsplan Multirap M420 ................................................................ 82

Abbildung 4.51: Druckbett mit Endstops und Motoren ........................................................... 82

9. Abbildungen

116

Abbildung 4.52: Tablet Multirap-Touch 2 ............................................................................... 84

Abbildung 4.53: Druckereinstellungen in dem Programm Repetier-Host ............................... 86

Abbildung 4.54: Manuelle Kontrolle in Repetier-Host mit den wichtigsten Funktionen ........ 87

Abbildung 4.55: Menü in Repetier-Host, wenn das Programm Sli3r gewählt wird zum slicen88

Abbildung 4.56: Datenblatt HIPS-Filament ............................................................................. 91

Abbildung 4.57: Datenblatt Lay Brick Filament ...................................................................... 91

Abbildung 4.58: Datenblatt Lay Wood Filament ..................................................................... 92

Abbildung 4.59: Datenblatt Ninja Flex .................................................................................... 92

Abbildung 4.60: Datenblatt Nylon Bridge ............................................................................... 93

Abbildung 4.61: Datenblatt PLA ............................................................................................. 93

Abbildung 4.62: Datenblatt PLA HT ....................................................................................... 94

Abbildung 4.63: Datenblatt Poro GelLay ................................................................................ 94

Abbildung 4.64: Datenblatt PVA ............................................................................................. 95

Abbildung 4.65: Datenblatt Taulmann T-Glase ....................................................................... 95

Abbildung 4.66: Fenster Voreinstellung in dem Programm Google SketchUp ....................... 96

Abbildung 4.67: Objekt mit Warp-Effekt ................................................................................ 97

Abbildung 4.68: Fehlerhaftes Objekt in dem Programm Netfabb geöffnet ............................. 98

Abbildung 4.69: Menü im Reparaturmodul in Netfabb ........................................................... 99

Abbildung 11.1: App Multec Touch mit den wichtigsten Funktionen .................................. 121

10. Tabellen

117

10. Tabellen

Tabelle 2.1: Kurze Übersicht über die einzelnen 3D-Druckverfahren (Breuninger, et al., 2013)6

Tabelle 2.2: Auszug des Technischen Datenblattes von Polycarbonat (Winkler, 2006) ......... 12

Tabelle 3.1: Technische Daten des 3D-Druckers Multirap M420 der Multec (multec GmbH, 2015) ............................................................................................................................. 28

Tabelle 3.2: Versuchsreihe Retraction - Length, Versuche 2, 4 - 8 ......................................... 34

Tabelle 3.3: Versuchsreihe Lift Z, Versuche 5, 9 und 10 ........................................................ 34

Tabelle 3.4: Versuchsreihe Speed, Versuch 5, 11 - 13............................................................. 35

Tabelle 3.5: Versuchsreihe Extra length on restart, Versuche 5, 14 und 15 ............................ 35

Tabelle 3.6: Versuchsreihe Minimum travel after retraction, Versuch 5, 16-19 ...................... 35

Tabelle 3.7: Versuchsreihe Retract on layer change, Versuche 17 und 20 .............................. 36

Tabelle 3.8: Versuchsreihe Wipe while retracting, Versuche 17 und 21 ................................. 36

Tabelle 3.9: Versuchsreihe Extrusion multipier, Versuche 17, 22-25 ..................................... 37

Tabelle 3.10: Versuchsreihe Layer height, Versuche 35, 41 - 44 ............................................ 39

Tabelle 3.11: Versuchsreihe First layer height, Versuche 45 - 50 ........................................... 40

Tabelle 3.12: Versuchsreihe Perimeters, Versuche 46, 51 - 54 ............................................... 41

Tabelle 3.13: Versuchsreihe Solid Layer - Top, Versuche 46, 55 - 57 .................................... 41

Tabelle 3.14: Versuchsreihe Solid Layer - Bottom, Versuche 46, 58 - 60 .............................. 42

Tabelle 3.15: Versuchsreihe Seam position, Versuche 62, 65 und 66 ..................................... 43

Tabelle 3.16: Versuchsreihe External perimeters first, Versuche 62 und 67 ........................... 44

Tabelle 3.17: Versuchsreihe Fill density, Versuche 62, 68 - 75 .............................................. 44

Tabelle 4.1: Vergleich der Druckerstatistik der Versuche 1 und 70 ........................................ 65

11. Anhang

118

11. Anhang

11.1 Druckereigenschaften in Repetier-Host

Verbindung:

Drucker:

11. Anhang

119

Extruder:

Druckerform:

11. Anhang

120

11.2 Den Multirap M420 mit dem Tablet bedienen:

Als erstes muss das Tablet mit dem USB-Kabel verbunden werden, dafür gibt es in der

Verpackung den Tablets einen Adapter. Sobald das Tablet mit dem Drucker verbunden ist,

öffnet sich die App von Multec. In Abbildung 11.1 ist die Oberfläche der App mit den

wichtigsten Funktionen abgebildet. Als allererstes bevor mit dem Tablet gearbeitet werden

kann, muss die Verbindung hergestellt werden, wenn das Gerät mit dem Drucker verbunden

ist, dann ist der Verbindungstatus grün (unten rechts). Als nächsten Schritt sollte der Extruder

auf die Home-Position gefahren werden. Dieses wird durch längeres drücken der Z-Taste in

der Mitte der manuellen Bewegungsfelder durchgeführt. Nun ist das Hotend knapp über dem

Drucktisch und in deren Mitte. Jetzt sollte der Abstand zwischen Heizbett und Hotend

gemessen werden und dieses, wenn alle Bauteile (Hotend und Drucktisch) Zimmertemperatur

eingestellt sind. Mit Hilfe der Fühlerlehre wird der Abstand auf 0,2mm eingestellt, bei der

Düse mit der gedruckt werden soll und die andere Düse sollte einen Abstand von 0,6mm

haben. Die Einstellung wird mit den weißen Schrauben oberhalb der Extruder durchzuführen.

Diese Unterschiedlichen Abstände werden nur eingestellt, wenn nur mit einer Düse gedruckt

wird, damit die zweite Düse nicht in Kontakt mit dem Ausdruck kommt und eventuell diesen

beschädigt. Wenn der Abstand eingestellt wurde, können nun die vier Äußeren Punkte

eingestellt werden. Das Druckbett wird entweder per Hand oder mit der Steuerung des Tablets

bewegt. Um das Druckbett auch in diesen Punkten auf den Abstand von 0,2mm einzustellen,

müssen die Flügelmuttern unterhalb des Druckbettes verwendet werden. Wenn dieses

abgeschlossen ist und das Druckbett gerade ist, sollte die Home-Position wieder angefahren

werden und der Abstand zwischen Hotend und Druckbett nochmal gemessen werden und falls

nötig noch einmal nachgestellt werden. Ist dieser Schritt abgeschlossen, kann der Extruder

bzw. das Hotend und das Heizbett aufgeheizt werden. Dieses wird durch schieben der

Heizbett Temperatur und der Extruder Temperatur durchgeführt. In dieser Abbildung ist der

Botton für die Extruderwahl nicht abgebildet aber sie befindet sich oberhalb der Temperatur

Einstellungen. Hierbei ist zu beachten das der rechte Extruder T0 ist und der linke T1. Daher

ist es wichtig, dass bevor die Temperatur des Extruders eingestellt wird, der richtige Extruder

Ausgewählt wird.

11. Anhang

121

Abbildung 11.1: App Multec Touch mit den wichtigsten Funktionen

Welche Temperatur eingestellt werden muss, ist abhängig von dem Filament. In der

Filamentdatenbank sind alle Filamente aufgelistet, die bis zu diesem Zeitpunkt vorhanden

sind, mit den entsprechenden Temperaturen. Wenn mit PLA gedruckt werden soll, dann das

Heizbett auf 50°C einstellen und den Extruder auf 205°C. Ob die gewünschten Temperaturen

erreicht wurden, kann unten rechts in der Statusleiste abgelesen werden. Nun gibt es noch die

Möglichkeit das Filament zu wechseln, dieses wird zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben

oder der Druck kann gestartet werden. Um sicher zu gehen ob genügend Filament im Extruder

ist, sollte vorab extrudiert werden. Dieses kann durch den Button mit dem E und den Pfeil

nach unten durchgeführt werden. Bei diesem Vorgang ist es empfehlenswert das extrudierte

Filament zu beobachten, denn es kann sein das noch Luft in der Düse ist und dann hat das

Filament Blasen. Um nun das gewünschte Objekt drucken zu können, sollte der G-Code auf

eine SD-Karte gespeichert werden. Wichtig ist, dass das Model als G-Code gespeichert wird,

der z.B. mit Hilfe von Repetier-Host angefertigt, denn die STL-Datei kann das Tablet nicht

als G-Code generieren. Ist dieses gegeben kann der G-Code hochgeladen werden, mit dem

Button links oben in der Ecke. Sobald das Objekt geladen ist, startet eine Simulation des

Druckes, diese kann wenn gewünscht in verschiedenen Geschwindigkeiten angesehen

werden. Nun kann der Druck gestartet werden, mit dem Button der gestaltet wie eine 3D-

Drucker. Es gibt nun kaum noch Chancen in den Druck einzugreifen. Eine Möglichkeit ist

aber, dass die Geschwindigkeit reduziert oder erhöht werden kann. Falls während des Druckes

11. Anhang

122

etwas nicht so Funktioniert wie es soll, Beispielsweise der erste Layer ist nicht gut auf dem

Druckbett gedruckt worden, dann kann der Druck jederzeit durch den Notstopp angehalten

werden. Des Weiteren ist zu empfehlen, dass der G-Code so eingestellt wird, dass vorab ein

sogenannter Skirt gedruckt wird. Wie viele Loops gedruckt werden sollen, kann jeder für sich

entscheiden aber bei kleineren Objekten ist es zu empfehlen mehrere Loops zu drucken. Diese

Einstellungen geben die Möglichkeit den ersten Layer noch zu beeinflussen. Wenn die

Einstellung des Abstandes nicht genau genug durchgeführt wurde, kann es sein das das

Filament keine Haftung auf dem Druckbett hat. Falls dieser Fall auftreten sollte, kann diese

Einstellung nachträglich korrigiert werden, während der Skirt gedruckt wird. Wieder wird

diese Einstellung mit den weißen Schrauben oberhalb der Extruder durchgeführt. Sind diese

nachträglichen Einstellungen durchgeführt, kann der Druck ganz normal Fortfahren und

benötigt keine ständige Aufsicht. Es sollte nur darauf geachtet werden, dass dem Tablet

genügend Strom zu Verfügung steht und daher sollte das Ladegerät angeschlossen sein.

Erklärung über die selbständige Anfertigung der Arbeit

„Ich versichere, dass ich die vorstehende Arbeit selbständig angefertigt und mich fremder

Hilfe nicht bedient habe. Alle Stellen, die wörtlich oder sinngemäß veröffentlichtem oder

nicht veröffentlichtem Schrifttum entnommen sind, habe ich als solche kenntlich gemacht.“

__________________________

Dokumentvorlage für Diplomarbeiten -...

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