3D-Druck für Anspruchsvolle

Mit dem Ultimaker perfekte Werkstücke erstellen

Autor	Christian Rattat
Verlag	dpunkt
Erscheinungsjahr	2016
Seitenanzahl	310 Seiten
ISBN	9783864918797
Format	PDF/ePUB
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	14,95 EUR

3D-Drucker sind technisch anspruchsvoll und wartungsintensiv. Um gewünschte Ergebnisse zu erzielen, ist ein tiefgreifendes Verständnis der Eigenschaften der Druckmaterialien und der Funktionen des Gerätes unerlässlich. Ein 3D-Drucker muss zudem regelmäßig für kleinere Reparaturen - Reinigen verstopfter Düsen oder Austausch verschlissener Zahnriemen - auseinandergebaut werden. Nicht selten sind auch umfangreichere Maßnahmen notwendig, denn Schrittmotoren und Elektronik haben längst keine Standzeiten, wie man sie von gewöhnlichen Tintenstrahl- oder Laserdruckern kennt. Das Buch hilft Ihnen, die Technik eines 3D-Druckers im Detail zu verstehen, und erläutert, wie Sie damit qualitativ und mechanisch hochwertige Werkstücke mit geringer Toleranz erzeugen. Anhand des Originalbausatzes für den Ultimaker-3D-Drucker werden die Bauteile und -gruppen in allen Einzelheiten erklärt. Sie erfahren, wie Sie den Drucker mit Erweiterungen (beheizter Drucktisch, autonome Steuereinheit, geschlossener Druckraum, eigene Materialvorschubeinheit und viele selbstgedruckte Verbesserungen) für verschiedenste Materialien und beste Ergebnisse fit machen. Das erworbene Wissen können Sie ohne Weiteres auf andere hochwertige 3D-Drucker übertragen. Ausführlich besprochen werden darüber hinaus grundlegende Probleme beim Druck und wie man sie beseitigt. An praktischen Beispielen beschreibt Christian Rattat den gesamten Workflow und führt Sie schrittweise durch alle Parameter für den Druck, denn auch davor und danach gibt es viele Aufgaben, die erledigt werden müssen. Dabei kommen dem Autor seine umfangreichen Bastelerfahrungen bei der Erstellung von hochwertigen Werkstücken zugute. Mit diesem Buch gelingt es auch Einsteigern, den 3D-Druck in den Griff zu bekommen.

Christian Rattat wurde 1968 in Dinslaken geboren. Er arbeitet seit etwa 20 Jahren als Softwareentwickler und begann seine Karriere 1987 auf einem Commodore Amiga 2000. Heute arbeitet er für Großunternehmen im Microsoft- und Unix-Umfeld, hat aber auch mikrocontrollerbasierte Anwendungen gebaut und dafür Software implementiert. Sein Hobby, das Bauen und Fliegen von Multicoptern, brachte viele Berührpunkte mit Themen wie 3D-Druck und CNC-Fräsen und der Schritt zum eigenen 3D-Drucker lag nahe. Hohe Anforderungen erforderten die Perfektionierung des 3D-Drucks, um damit mechanisch beanspruchbare Teile mit guter Genauigkeit herzustellen. Mit einem aufgemotzten Ultimaker Original-3D-Drucker und vielen Stunden zur Optimierung von 3D-Drucken erzeugt er heute hochwertige Werkstücke für verschiedenste Zwecke aus PLA, ABS, HIPS, PET oder Holz- und CFK-Filamenten.

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Leseprobe

1 Einführung

»3D-Druck ist einfach und mittlerweile rasend schnell. Heute kann man sich einen fertigen 3D-Drucker im Elektrogroßmarkt kaufen. Man muss diesen nur an den heimischen PC anschließen und kann loslegen. Man benötigt keine Vorkenntnisse, die Druckobjekte sind hochwertig und mechanisch stabil. Um 3D-Modelle zu erstellen, gibt es kostenlose Software, mit der alles zum Kinderspiel wird.«

So oder ähnlich lesen sich Meldungen in den Medien und im Internet. Aber ist die Technik wirklich so einfach geworden? Muss man heute hierfür nur noch ein Benutzerhandbuch lesen, wozu noch vor nicht allzu langer Zeit hochqualifizierte Ingenieure benötigt wurden? Dass das nicht so ist und wie Sie trotzdem hochwertige 3D-Drucke erzeugen, erfahren Sie in diesem Buch.

1.1 An wen richtet sich dieses Buch?

Worum geht es?

Ich habe lange überlegt, was genau ich über den 3D-Druck schreiben soll. Dabei bin ich zu dem Schluss gekommen, dass das Thema 3D-Druck in nur einem Buch nicht sinnvoll vollumfänglich behandelt werden kann. Einige Teile wie 3D-Scannen und 3D-Modellierung sind so umfangreich, dass diese eigene Bücher füllen.

Aus diesem Grund habe ich mich entschlossen, Allgemeines auf die Einführung zu beschränken. Den Großteil des Buches widme ich der verbreitetsten und kostengünstigsten 3D-Drucktechnologie, einem speziellen 3D-Drucker und ausgewählter Software, um zu zeigen, wie man genau damit zuverlässig zu vernünftigen Ergebnissen kommt.

Was bedeutet vernünftiges Ergebnis?

Das ist sicher Ansichtssache und dem 3D-Druck für den Privatbereich sind klare Grenzen gesetzt. Für mich bedeutet es vor allem, dass ich möglichst maßgenaue und mechanisch belastbare Bauteile erzeugen kann und dass ich diese Bauteile mit optisch gut aussehenden Oberflächen herstellen kann. Wie so etwas aussieht, sehen Sie in Abbildung 1–1. Die Oberfläche kommt natürlich so aus keinem 3D-Drucker, sondern hat ein spezielles Finish erhalten, das in 15 Sekunden erledigt war. Wie das geht, erfahren Sie unter anderem in diesem Buch.

Abb. 1–1 Beispiel für eine hochwertige Oberfläche

Warum ein spezieller Drucker und kein allgemeines Buch?

Weil der 3D-Druck sehr individuell ist und jeder 3D-Drucker und jede Software eine Wissenschaft für sich sind. Der 3D-Druck für den Privatanwender ist nicht standardisiert und selbst bei fertig aufgebauten Varianten weitgehend experimentell. Es gibt auch Gemeinsamkeiten, vor allem bei den Problemfällen. Die Lösungen dazu sind aber oft wieder individuell und es ist einfach nicht machbar, für hundert 3D-Drucker zu erklären, wie man dasselbe Problem auf hundert verschiedene Arten löst.

Abb. 1–2 Erweiterungen des Ultimaker Original (Vorderansicht) aus dem Buch

Es ist auch offensichtlich, dass man nicht für jeden 3D-Drucker ein Buch schreiben kann. Stattdessen beschreibe ich exemplarisch den 3D-Druck mit einem sehr guten, aber immer noch vergleichsweise günstigen 3D-Drucker, dem Ultimaker Original. Diesen baue ich selbst aus einem Bausatz auf und erkläre, wie man Problemfälle behandelt, Reparaturen vornimmt und viele Erweiterungen (Abbildungen 1–2 und 1–3) einbaut.

Abb. 1–3 Erweiterungen des Ultimaker Original (Rückansicht)

Wen interessiert es, wie ein 3D-Drucker zusammengebaut wird?

Sie – auch wenn Sie das vielleicht noch nicht wissen. 3D-Drucker funktionieren nicht wie Laser- oder Tintenstrahldrucker. Ein 3D-Drucker ist genaugenommen eine Werkzeugmaschine und kein Drucker. Werkzeugmaschinen müssen gewartet und repariert werden. Darum kommen Sie nicht herum, wenn Sie nicht monatelang jedes Jahr auf Ihren 3D-Drucker verzichten wollen, weil Sie diesen zur Reparatur einschicken müssen.

Verstopfte Düsen, verschlissene Lager und Zahnriemen, defekte Schrittmotoren und vieles andere sind Probleme, mit denen Sie häufiger zu tun haben werden. Wenn Sie nicht bereit sind, sich mit diesen Themen zu beschäftigen, bleibt Ihnen nur die Option, 3D-Drucke von einem Dienstleister produzieren zu lassen.

Mit diesem Buch sind Sie in der Lage, den Ultimaker Original samt UltiController und beheiztem Drucktisch in alle Einzelteile zu zerlegen und wieder zusammenzusetzen. So können Sie sicher sein, dass Sie viele Probleme mit dem Drucker selbst meistern können. Viele Teile des Ultimaker Original gibt es bereits als 3D-Modelle und Sie können diese selbst drucken. So ist für lange Zeit für Nachschub gesorgt.

1.2 Warum 3D-Druck?

Der 3D-Druck wurde bereits vor über 30 Jahren vom Amerikaner Charles W. Hull, dem Gründer der Firma 3D Systems (www.3dsystems.com) erfunden. Mit einem Gewinn von fast 300 Millionen USD im Jahr 2014 gehört 3D Systems neben anderen großen Firmen wie STRATASYS zu den Marktführern. Hull ist auch der Erfinder der STL-Schnittstelle (Kurzform für Standard Tesselation Language, auch Standard Triangulation Language), einem Standardformat zur Beschreibung von 3D-Modellen. Dieses Format wird heute für viele Anwendungen genutzt und Sie werden damit oft in Berührung kommen, wenn Sie selbst 3D-Drucker einsetzen.

Die Hauptanwendung des 3D-Drucks war über lange Zeit und ist auch heute noch die Herstellung von Prototypen. Prototypen werden in der Industrie für die Entwicklung neuer Produkte gebaut, um verschiedene Eigenschaften zu überprüfen. Dies beschränkt sich aber keineswegs auf den 3D-Druck. Man stellt Prototypen auch mit anderen Maschinen wie beispielsweise CNC-Fräsen her.

Wichtig ist für die Prototypenherstellung, dass diese schnell veränderbar und kostengünstig produzierbar sind. Erstellt man einen Prototyp direkt aus einem Computermodell, so spricht man vom Rapid Prototyping. Man unterscheidet bei Prototypen vor allem zwischen Funktions- und Designmodellen. Erstere erlauben eine funktionelle und mechanische Prüfung, während letztere eine optische und haptische Bewertung zulassen. Oft muss man heute die Computermodelle aber nicht einmal mehr physikalisch herstellen, um deren Eigenschaften zu bewerten. Mit Programmen zur fotorealistischen Darstellung werden diese in reale Szenen eingebettet. Mittels Techniken wie der Finite-Elemente-Methode (FEM) kann man mechanische Eigenschaften beliebig genau berechnen.

Stellt man beim Rapid Prototyping fest, dass etwas nicht passt, verändert man einfach das Modell und erzeugt den Prototyp noch einmal. Solche iterativen Ansätze sind sehr flexibel und kostengünstig. Prototypen erlauben bereits sehr früh in der Entwicklung, Probleme zu erkennen und diese zu lösen. Außerdem ist es für Produktentwickler hilfreich, sich an realen Objekten zu orientieren.

Additive Fertigungsverfahren

Der 3D-Druck zählt nach DIN 8580 zum Urformen. Urformen bezeichnet die Obermenge aller Fertigungsverfahren, die aus einem formlosen Stoff ein festes Objekt erzeugen. Formlose Stoffe können feste Materialien, Flüssigkeiten, Pulver und Gase sein.

Additive Fertigungsverfahren – auch generative Fertigungsverfahren genannt – bauen ein Werkstück quasi aus dem Nichts auf. Dabei ist das Ziel, genau das Werkstück aufzubauen und kein Material zu verschwenden. Ganz so einfach ist das leider nicht, denn Teile eines Werkstücks, die im 3D-Modell frei in der Luft hängen, lassen sich so nicht aufbauen. Für solche Problemstellungen benötigt man Hilfsmittel.

Der größte Vorteil der generativen Fertigungsverfahren besteht darin, dass man quasi beliebige Formen in einem Stück herstellen kann. Kein anderes Fertigungsverfahren erlaubt das in dieser Weise.

Prototypen, die mit 3D-Druckern erzeugt werden, lassen sich verhältnismäßig schnell und oft mit geringem Personaleinsatz herstellen. Je nach Druckverfahren kann derjenige, der das Modell erstellt, auch die nachfolgenden Schritte und den Ausdruck selbst übernehmen. Um ein 3D-Modell mit einer CNC-Fräse herzustellen, benötigt man hingegen meist hochqualifizierte Maschinenbauer.

Im industriellen Bereich hat sich die Anwendung von 3D-Druckern stark verändert. Der Druck beschränkt sich hier nicht mehr auf Prototypen und Kleinserienfertigung. Dazu einige wenige Beispiele:

Mittlerweile kann man ganze Häuser mit 3D-Druckern herstellen.
Die Firma Invisalign druckt mit 3D-Druckern Zahnschienen zur Korrektur von Fehlstellungen.
Mit dem Chefjet von 3D Systems druckt man maßgeschneiderte Süßigkeiten beispielsweise Bonbons mit Firmenlogo oder das Brautpaar zum Essen für die Hochzeitsfeier.
Mit dem Lasertec 65 von DMG MORI können hochfeste Metallobjekte hergestellt werden.
Mit 3D-Druckern stellt man bereits Zahnersatz, künstliche Gelenke und Prothesen her.
Es gibt erste Ansätze, lebendes Zellgewebe wie Haut in den gerade benötigten Formen zu...

Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Vorwort von Ultimaker	5
Ultimaker B.V.	5
iGo3D GmbH	5
Vorwort des Autors	6
Die Webseite und weitere Informationen zum Buch	7
Tab. 1 Druckobjekte aus dem Buch	7
Persönliche Sicht des Autors	8
Danksagungen	8
Inhaltsübersicht	9
Inhaltsverzeichnis	11
1 Einführung	17
1.1 An wen richtet sich dieses Buch?	18
Worum geht es?	18
Was bedeutet vernünftiges Ergebnis?	18
Abb. 1–1 Beispiel für eine hochwertige Oberfläche	18
Warum ein spezieller Drucker und kein allgemeines Buch?	19
Abb. 1–2 Erweiterungen des Ultimaker Original (Vorderansicht) aus dem Buch	19
Abb. 1–3 Erweiterungen des Ultimaker Original (Rückansicht)	20
Wen interessiert es, wie ein 3D-Drucker zusammengebaut wird?	20
1.2 Warum 3D-Druck?	21
Additive Fertigungsverfahren	21
Abb. 1–4 Mit Biss: Invisalign©-Zahnschiene aus dem 3D-Drucker	22
1.3 Wie kam der 3D-Druck in die Bastelkeller?	23
Abb. 1–5 Einplatinencomputer Raspberry Pi	23
Abb. 1–6 Selbst gedruckte Smartphone-Ladeschale (http://www.thingiverse.com/thing:492101)	25
1.4 Wie funktioniert 3D-Druck?	26
Abb. 1–7 Zerlegung eines 3D-Objekts (Schriftzug) in Scheiben	26
1.4.1 CAD	27
Abb. 1–8 Kugel als Flächenmodell aus vielen und aus weniger Dreiecken	28
Abb. 1–9 Konstruktionshilfen zur Positionierung der Kugel	29
1.4.2 CAM	31
Tab. 1–1 Einige CAM-Programme für den 3D-Druck	32
1.4.3 G-Code	32
Tab. 1–2 G-Code-Beispiel	33
1.4.4 Druckvorbereitung	33
1.4.5 Drucken	34
1.4.6 Nachbearbeitung	34
Abb. 1–10 Häufig benötigt: diamantierte Feilen zur Nachbearbeitung	35
Abb. 1–11 Druckprozess von der Idee zum fertigen Werkstück	36
In eigener Sache	36
1.5 Welche 3D-Druckverfahren gibt es?	37
1.5.1 Druck mit flüssigen Materialien	37
1.5.1.1 Stereolithografie (SLA)	37
Tab. 1–3 Eigenschaften des STL-Drucks	38
1.5.1.2 Film Transfer Imaging (FTI)	38
Tab. 1–4 Eigenschaften des FTI-Drucks	38
1.5.1.3 Digital Light Processing (DLP)	39
Tab. 1–5 Eigenschaften des DLP-Drucks	39
1.5.1.4 Continuous Liquid Interface Production (CLIP)	39
Tab. 1–6 Eigenschaften des CLIP-Drucks	40
1.5.1.5 MultiJet Printing (MJP)	40
Tab. 1–7 Eigenschaften des MJP-Drucks	40
1.5.1.6 PolyJet Printing (PJ)	41
Tab. 1–8 Eigenschaften des PJ-Drucks	41
1.5.1.7 Contour Crafting (CC)	41
1.5.1.8 Druck mit Pasten	42
1.5.2 Druck mit festen Materialien, die verflüssigt werden	42
1.5.2.1 Selektives Lasersintern (SLS)	42
Tab. 1–9 Eigenschaften des SLS-Drucks	43
1.5.2.2 Selektives Laserschmelzen (SLM)	43
Tab. 1–10 Eigenschaften des SLM-Drucks	43
1.5.2.3 Selektives Elektronenstrahlschmelzen (SEBM)	44
Tab. 1–11 Eigenschaften des SEBM-Drucks	44
1.5.2.4 Fused Deposition Modeling (FDM, FFF)	44
Tab. 1–12 Eigenschaften des FDM-Drucks	45
1.5.2.5 Laserauftragschweißen	45
1.5.2.6 Anti-Gravity Object Modeling (AOM)	46
1.5.3 Druck mit Druckmedien, die verklebt werden	46
1.5.3.1 Laminated Object Modeling (LOM)	46
Tab. 1–13 Eigenschaften des LOM-Drucks	47
1.5.3.2 3D-Printing (3DP)	47
Tab. 1–14 Eigenschaften des 3DP-Drucks	48
Achtung: Brandgefahr!	59
Gefährlich!	64
PETG und T-GLASE	66
Achtung!	70
Achtung!	70
2 FDM-3D-Druck	49
2.1 Funktionsweise eines FDM-3D-Druckers	50
Abb. 2–1 Typen von Schichten beim 3D-Druck	51
2.2 Aufbau eines FDM-3D-Druckers	52
2.2.1 Druckeinheit	52
Abb. 2–2 Aufbau einer Druckeinheit (hier Ultimaker Original)	52
2.2.2 Positioniereinheit	54
Abb. 2–3 X/Y-Positioniereinheit zur Positionierung der Druckeinheit	54
2.2.3 Materialvorschubeinheit	55
Abb. 2–4 Materialvorschubeinheit	55
Abb. 2–5 Schema einer Materialvorschubeinheit für Filament	56
2.2.4 Steuereinheit	57
Abb. 2–6 Steuerplatine des Ultimaker Original, auf der Rückseite sitzt huckepack ein Arduino.	57
2.2.5 Drucktisch	58
Abb. 2–7 Einfacher Drucktisch mit Spindel zur Positionierung	58
2.3 Druckmaterialien für den FDM-3D-Druck	60
Kennzeichnung von Filamenten	60
Tab. 2–1 Übersicht über die Eigenschaften der wichtigsten Filamente	60
Vorsicht!	61
2.3.1 PLA (Polylactic Acid)	61
Abb. 2–8 Der Laubfrosch aus PLA (0,05 mm Schichtdicke)	61
Abb. 2–9 Der Laubfrosch aus PLA/PHA	62
Brennbar?	62
2.3.2 ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)	62
Abb. 2–10 Laubfrosch aus ABS (0,1 mm Schichtdicke)	63
Achtung!	63
Abb. 2–11 Der Frosch aus Abbildung 2–10 nach insgesamt 15 Sekunden Acetonbad	64
2.3.3 PA 6.6 (Polyamid)	65
2.3.4 PET (Polyethylenterephthalat)	65
Abb. 2–12 Der Frosch aus PET (0,1 mm Schichtdicke)	66
2.3.5 PC (Polycarbonate)	66
2.3.6 Holzfilament	67
Abb. 2–13 Der Frosch aus Laywoo-3D (0,2 mm Schichtdicke)	68
2.3.7 TPE (Thermoplastische Elastomere)	68
2.3.8 PVA (Polyvinylalkohol)	69
2.3.9 HIPS (High Impact Polystyrol)	69
Abb. 2–14 Der Frosch aus HIPS (0,2 mm Schichtdicke)	70
2.3.10 Wachsfilament	70
2.3.11 Sonstige Filamente	71
2.4 Der richtige FDM-3D-Drucker	71
2.5 Auswahlkriterien	72
2.6 Auswahlprozess	74
Abb. 2–15 Stärken und Schwächen verschiedener Lösungen	76
Dienstleister	76
Abb. 2–16 Frosch mit 3DP-Druck hergestellt. Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von 3D Fab.	77
Fertigdrucker	77
Bausatz	78
Eigenbau	78
Was tun, sprach Zeus?	79
2.6.1 Ultimaker Original & Ultimaker Original Plus	79
Tab. 2–2 Ultimaker Original und Ultimaker Original Plus	80
2.6.2 printMATE 3D	81
Tab. 2–3 printMATE 3D	81
2.6.3 PRotos v3 Base-KIT und PRotos v3 Full-KIT	82
Tab. 2–4 PRotos v3 Base-KIT und PRotos v3 Full-KIT	83
2.6.4 Felix 3.0	83
Tab. 2–5 Felix 3.0	84
2.6.5 Entscheidungsfindung	84
Richtige Motoren!	93
Fest anziehen?	115
Nichts einklemmen!	97
Achsen nicht verbiegen!	122
Richtige Verwendung der Kabelklemmen	121
Achsen und Wellen nicht parallel?	126
Vorsicht vor statischen Aufladungen	146
3 Montage des 3D-Druckers	87
Abb. 3–1 Ultimaker Original in Hunderte von Einzelteilen zerlegt	88
Ruhe bewahren!	88
Holzteile bearbeiten	89
Abb. 3–2 Werkzeuge für die Montage	89
3.1 Montage des Rahmens	90
Schritt 1 – Kugellager einfügen	90
Abb. 3–3 Teile für Schritt 1	90
Abb. 3–4 Kugellager montiert	91
Schritt 2 – Endschalter	91
Abb. 3–5 Benötigte Teile für Schritt 2 und montierte Schalter	92
Abb. 3–6 Ausrichtung der Endschalter	92
Schritt 3 – Montage der Motoren für die X- und Y-Achse	92
Abb. 3–7 Teile für die Motormontage	93
Abb. 3–8 Montierte Riemenscheiben	94
Abb. 3–9 Befestigter Motor für die Y-Achse mit Abstandshaltern und Zahnriemen	94
Abb. 3–10 Montierter Motor für die X-Achse	95
Schritt 4 – Bodenplatte	95
Abb. 3–11 Benötigte Teile für die Bodenplatte	96
Abb. 3–12 Montage der Kupplung und fertige Bodenplatte	97
Schritt 5 – Montage der Rahmenteile	97
Abb. 3–13 Benötigtes Material für den Rahmen	98
Abb. 3–14 Klemmverbindung zweier Platten	98
Abb. 3–15 Teil 1 des Gehäuses	99
Abb. 3–16 Der erste Lichtblick: das fast fertige Gehäuse	100
Abb. 3–17 Stabilisierung für die Filamentaufhängung (11A) und Sperrplatten für die Wellen der Z-Achse	101
Abb. 3–18 Abschluss erster Teil (links Rückwand, rechts Bodenplatte)	101
3.2 Montage der X/Y-Positioniereinheit	102
Abb. 3–19 Beispiel für die Reihenfolge für die hintere Welle	102
Schritt 1 – Montage der Gleitblöcke	103
Abb. 3–20 Bauteile für die Gleitblöcke	103
Abb. 3–21 Montage des vorderen Gleitblocks	104
Abb. 3–22 Vorbereitete Gleitblöcke	104
Abb. 3–23 Klemmen vor und nach Anbringen der Schraube	105
Abb. 3–24 Fast fertige Klemmblöcke	105
Schritt 2 – Montage der Endkappen	106
Abb. 3–25 Teile für Befestigung der Wellen	106
Abb. 3–26 Montage der Kappen für ein Lager	107
Schritt 3 – Montage der Wellen	107
Abb. 3–27 Teile für die Montage der Wellen	107
Abb. 3–28 Montagereihenfolge der vorderen Welle	108
Abb. 3–29 Montierte hintere Welle	109
Abb. 3–30 Montierte linke Welle	110
Abb. 3–31 Montierte rechte Welle	111
3.3 Montage der Druckeinheit	112
Abb. 3–32 Das erste Teilziel: die fertige Druckeinheit	112
Abb. 3–33 Teile für die Druckeinheit	113
Schritt 1 – Montage des Gehäuses (1)	113
Abb. 3–34 Gehäuse mit Gleitlagern	114
Abb. 3–35 Verschraubtes Gehäuse mit Boden	115
Schritt 2 – Montage des Extruders	115
Abb. 3–36 Montage des Extruders	116
Schritt 3 – Montage des Gehäuses (2)	116
Abb. 3–37 Heizelement und Thermofühler	116
Abb. 3–38 Durchführung der Elemente (links) und Einbau in den Extruder (rechts)	117
Abb. 3–39 Durchgeführtes Lüfterkabel	117
Abb. 3–40 Drei Schritte bis zum fertigen Deckel	118
Abb. 3–41 Hochzeit: Gehäuse und Deckel haben sich gefunden.	119
Abb. 3–42 Verschraubung von Extruder und Gehäuse und Montage des Lüfters	120
Abb. 3–43 Blaue Schlauchsicherung und Anschluss des Temperaturfühlers	121
Schritt 4 – Montage der Druckeinheit an die X/Y-Positioniereinheit	122
Abb. 3–44 Benötigte Teile für Schritt 4	122
Abb. 3–45 Befestigung einer Achse	123
Abb. 3–46 Befestigte Druckeinheit	124
Schritt 5 – Kalibrierung der Achsen	124
Abb. 3–47 Abstandslehren zur Kalibrierung	125
Abb. 3–48 Verwendung der Abstandslehre	125
Abb. 3–49 Befestigung der Riemenscheibe	126
Schritt 6 – Spannen der kurzen Zahnriemen	127
Schritt 7 – Kalibrierung der Endschalter	127
3.4 Montage der Z-Positioniereinheit mit Drucktisch	128
Abb. 3–50 Der fertige Drucktisch	128
Schritt 1 – Montage des Drucktisches	129
Abb. 3–51 Teile für die Aufhängung	129
Abb. 3–52 Zusammengesetzte Aufhängung	130
Abb. 3–53 Oben: Teile für die Basis, unten: fertig montiert	130
Abb. 3–54 Teile für das linke Seitenteil	131
Abb. 3–55 Vorbereitete Seitenteile	132
Abb. 3–56 Rechtes Seitenteil montiert	133
Abb. 3–57 Träger für den Drucktisch	134
Abb. 3–58 Fertiger Drucktisch	135
Schritt 2 – Aufhängung des Drucktisches	135
Abb. 3–59 Drei Schritte, um den Drucktisch aufzuhängen	136
Abb. 3–60 Montierter Drucktisch	137
3.5 Montage der Materialvorschubeinheit	137
Abb. 3–61 Teile für den Materialvorschub	138
Schritt 1 – Montage des Gehäuses	138
Abb. 3–62 Antrieb mit Gehäuse	139
Abb. 3–63 Teile für den Materialtransport	139
Abb. 3–64 Einbau des Materialtransporters	140
Abb. 3–65 Montiertes Gehäuse und Antrieb	141
Schritt 2 – Montage des Federspanners	141
Abb. 3–66 Rahmenteile der Spannvorrichtung	142
Abb. 3–67 Bügel mit Federspanner einzeln und montiert	142
Abb. 3–68 Fertige Materialvorschubeinheit	143
Schritt 4 – Montage des Filamentrollenhalters	144
Abb. 3–69 Teile für den Filamentrollenhalter	144
Abb. 3–70 Materialvorschubeinheit und Filamenthalter am Drucker montiert	145
3.6 Montage der Steuerelektronik	145
Abb. 3–71 Erdungsarmband	146
Schritt 1 – Kabel ordnen	146
Abb. 3–72 Anschluss der Druckeinheit	147
Abb. 3–73 Kabelführung von der Druckeinheit zum Gehäuse	148
Abb. 3–74 Kabel für die Endschalter und den X- und Y-Motor	149
Schritt 2 – Steuerplatine montieren	150
Abb. 3–75 Steuerplatine und Montagematerial	150
Abb. 3–76 Schrauben zur Befestigung der Steuerplatine	151
Abb. 3–77 Montierte Steuerplatine	152
Schritt 3 – Anschluss der Steuerplatine	152
Abb. 3–78 Anschlüsse der Steuerplatine	153
Abb. 3–79 Steuerplatine mit fast allen Kabeln	154
Abb. 3–80 Geordnete Kabel	155
Schritt 4 – Montage der Kühleinheit	156
Abb. 3–81 Teile für die Kühleinheit	156
Abb. 3–82 Montierter Lüfter	156
Abb. 3–83 Vorbereitung Lüftungskanal	157
Abb. 3–84 Montierte Abdeckplatte	157
Abb. 3–85 Fertige Kühleinheit	158
Abb. 3–86 Montierte Kühleinheit	159
Abb. 3–87 Ready to print!	160
CURA-Versionen	165
Druck abbrechen	172
4 Inbetriebnahme	161
4.1 Vorbereitung des Drucktisches	162
Abb. 4–1 Voreinstellung der Federspannung	162
Abb. 4–2 Feinarbeit: Kalibrierung des Drucktisches	163
Tipps zur Kalibrierung	164
4.2 Checkliste	164
4.3 Inbetriebnahme mit CURA	165
Abb. 4–3 CURA im Expertenmodus	166
Abb. 4–4 Voreingestellte Experteneinstellungen unter Grundlegend (links) und Fortgeschritten (rechts)	167
Abb. 4–5 COM-Anschluss des Druckers	168
4.4 Kalibrierung des Drucktisches mit CURA	168
Abb. 4–6 Einfädeln des Filaments	169
Abb. 4–7 Kalibrierter Drucktisch	170
Druckgeschwindigkeiten	171
Abb. 4–8 Rotation von Werkstücken in CURA	172
Abb. 4–9 Kleine Änderungen, große Wirkung	173
Abb. 4–10 Einstellungen für den linken Roboter in Abbildung 4–9	173
Abb. 4–11 Roboter mit einer Schichtdicke von 0,2 mm links und 0,1 mm rechts	174
Abb. 4–12 Umrandung als Hilfsstruktur	175
Abb. 4–13 Druckeinstellungen für den Zylinder	175
Abb. 4–14 Ansichten in CURA	176
Abb. 4–15 So sieht CURA den Zylinder und so würde dieser auch gedruckt.	176
Abb. 4–16 Black Magic und die automatische Reparatur	177
4.5 Weitere Funktionen in CURA	177
Abb. 4–17 Skalierungsfunktionen	178
Abb. 4–18 Erweiterungen in CURA	178
Abb. 4–19 Pause at height-Erweiterung	179
Abb. 4–20 Tweak at Z-Erweiterung	179
Herzlichen Glückwunsch!	180
Achtung!	188
5 Erweiterung 1: UltiController	181
5.1 Montage des UltiControllers	182
Abb. 5–1 Teile des UltiControllers	182
Abb. 5–2 Befestigung des Display-Boards	183
Abb. 5–3 Kabel zur Verbindung mit dem Drucker	183
Abb. 5–4 Zusammenbau des Gehäuses	184
Abb. 5–5 Anschluss des UltiControllers	185
Abb. 5–6 Fertig montierter UltiController	185
5.2 Bedienung des UltiControllers	186
Abb. 5–7 Info-Bildschirm	186
Eine Datei von der SD-Karte drucken	189
Schraubenlängen	203
6 Erweiterung 2: Beheizter Drucktisch	191
Vorsichtsmaßnahmen	192
6.1 Montage des Drucktisches	192
Abb. 6–1 Benötigte Teile für den Drucktisch (ohne Glasplatte)	193
Abb. 6–2 Montierte Gleitlager	193
Abb. 6–3 Glasplattenhalter montiert und Kabel angeschlossen	194
Achtung Brandgefahr!	194
Abb. 6–4 Vorbereitung für die Befestigung der Heizplatte	195
Abb. 6–5 Heizplatte und Aluminiumplatte verschraubt	196
Abb. 6–6 Montierte Glasplatte	197
Abb. 6–7 Montierte Messingbuchse und Kabelhalterung	198
6.2 Ausbau des bestehenden Drucktisches	198
Abb. 6–8 Vorbereitung für den Ausbau des Drucktisches	198
Abb. 6–9 Entnahme des Drucktisches	199
6.3 Einbau der Steuerplatine	199
Abb. 6–10 Verwendung der Bohrschablone 1	200
Abb. 6–11 Verwendung der Bohrschablone 2	201
Abb. 6–12 Bauteile für die Montage der Steuerplatine	201
Abb. 6–13 Befestigung der Steuerplatine und Anschluss der Kabel	201
Abb. 6–14 Neuer Z-Endschalter mit längerem Hebel	202
Abb. 6–15 Verbindungen zwischen den beiden Steuerplatinen	202
Abb. 6–16 Übersicht über die Anschlüsse	203
6.4 Einbau des neuen Drucktisches	203
Montage der Abdeckung	203
Abb. 6–17 Teile für die Abdeckung	204
Abb. 6–18 Befestigung der Seiten- und Mittelteile	205
Einbau des Drucktisches	205
Abb. 6–19 Einsetzen des Drucktisches	206
Abb. 6–20 Befestigte Platten	206
Abb. 6–21 Einführen des Z-Motors	207
Abb. 6–22 Montierte Abdeckung	208
Abb. 6–23 Anschluss des Drucktisches an die Steuerplatine	209
Abb. 6–24 Anschluss des neuen Z-Motors	209
Abb. 6–25 Geschafft!	210
Abb. 6–26 Der Ultimaker mit UltiController und beheiztem Drucktisch	211
Abb. 6–27 Fetten der Spindel	212
6.5 Inbetriebnahme	212
Abb. 6–28 Installation des neuen 3D-Druckers mit beheiztem Drucktisch	212
Abb. 6–29 Neue Einstellung für die Temperatur des Drucktisches	213
Abb. 6–30 Neue Einstellung im UltiController	213
Abb. 6–31 Anpassung für den neuen Schrittmotor	214
Schnellkalibrierung	214
7 Verbesserungen und Umbauten	215
7.1 Verlegen der Motoren nach außen	216
Abb. 7–1 X-Motor außenliegend	217
Abb. 7–2 Umkehren der Drehrichtung des Schrittmotors (rot und blau vertauscht)	217
Abb. 7–3 Y-Motor von außen montiert	218
7.2 Befestigung der Materialvorschubeinheit	219
Abb. 7–4 Befestigungskeil – Download: http://www.thingiverse.com/thing:25436	219
Abb. 7–5 Nichts wackelt mehr, noch fällt etwas heraus.	219
7.3 Feineinstellung für oberen Z-Endschalter	219
Abb. 7–6 Blöcke für Z-Justierung – Download: http://www.thingiverse.com/thing:58582	220
Abb. 7–7 Viel besser: Feineinstellung für den Endschalter	220
7.4 Lüfterbefestigung	221
Abb. 7–8 Lüfterbefestigung – Download: http://www.thingiverse.com/thing: 77107	221
Abb. 7–9 So sollte der Lüfter befestigt sein.	221
Abb. 7–10 Version aus ABS mit kleinen Fehlern nach defektem Treiber für den Z-Motor	222
7.5 Kabelführung für den UltiController	222
Abb. 7–11 Kabelführung – Download: http://www.thingiverse.com/thing:22719	223
Abb. 7–12 Schluss mit herumhängenden Kabeln	223
7.6 Einstellbare Endkappen	223
Abb. 7–13 Endkappen – Download: http://www.thingiverse.com/thing:54075	224
Abb. 7–14 So haben die Wellen kein Spiel mehr.	224
7.7 Beleuchtung	224
Abb. 7–15 Halterung – Download: http://www.thingiverse.com/thing:970688	225
Abb. 7–16 Es werde Licht!	225
7.8 Füße mit Silikondämpfung	226
Abb. 7–17 Füße – Download: http://www.thingiverse.com/thing:1013009	226
Abb. 7–18 Vier Füße mit Silikondämpfern	226
Abb. 7–19 Montierter Fuß	227
7.9 Seitenscheiben und Frontklappe	227
Abb. 7–20 Fertige rechte Scheibe	228
Abb. 7–21 Fertige linke Scheibe	229
Abb. 7–22 Fertige Frontklappe	230
Tipp: Sauberer Drucktisch	235
Generelle Maßnahme bei Problemen mit Materialschrumpfung	233
Testobjekte zur Kalibrierung	232
Tipp!	243
Lagerung von Filamenten	242
Bezugsquellen	248
Richtiger Umgang mit dem Werkzeug	257
Praxistests	265
8 FDM-3D-Druck in der Praxis	231
8.1 FDM-3D-Druck ist nicht trivial	232
8.1.1 Materialschrumpfung	232
Abb. 8–1 Theorie (links) und Praxis (rechts)	233
Abb. 8–2 Testobjekt für Maßhaltigkeit vom c’t-Magazin	233
8.1.2 Materialverwerfungen	233
Abb. 8–3 Materialverwerfung	234
Abb. 8–4 Warping bei PLA in der Praxis	234
Abb. 8–5 Zugentlastung durch Schlitze	235
8.1.3 Haftung auf dem Drucktisch	235
Abb. 8–6 Verschiedene Hilfsmittel sorgen für eine bessere Haftung auf dem Drucktisch.	235
Abb. 8–7 Zu großer Abstand der Düse vom Drucktisch	236
Abb. 8–8 Mit sorgfältig kalibriertem Drucktisch stimmt das Ergebnis wieder.	237
Abb. 8–9 Fundament (links) und Rahmen (rechts) zur Verbesserung der Haftung.	237
Abb. 8–10 ABS haftet auf der Glasplatte des beheizten Drucktisches (100° C) gar nicht.	238
Abb. 8–11 Auf Kapton-Band haftet ABS deutlich besser, aber auch nicht immer perfekt.	238
8.1.4 Unterextrusion und verstopfte Düsen	239
8.1.5 Feuchtes Filament	241
Abb. 8–12 250-g-Beutel mit Trockenmittel	241
Abb. 8–13 Vor Staub und Feuchtigkeit gut geschützt	242
8.1.6 Falsche Geometrie	243
8.1.7 Nicht verbundene Schichten	243
Abb. 8–14 Deutliches Zeichen für zu wenig gespannte Zahnriemen	244
Abb. 8–15 Deutlich erkennbare Unterextrusion	244
8.1.8 Verschobene Schichten	244
8.1.9 Beulen	245
Abb. 8–16 Dünne Deckschicht und zu hohe Temperatur	245
8.1.10 Fäden	246
Abb. 8–17 Dasselbe Objekt nur rechts mit minimal veränderten Druckeinstellungen	246
8.2 Beispiele aus der Praxis	247
8.2.1 Neue Materialvorschubeinheit	247
8.2.1.1 Vorbereitung des Druckes	249
Abb. 8–18 Ansetzen einer ABS-Lösung für die Beschichtung des Drucktisches	249
Abb. 8–19 Glas mit Kapton-Band und ABS-Beschichtung	250
Abb. 8–20 Hauchdünne ABS-Beschichtung	250
8.2.1.2 Drucken	251
Druck der Basis	251
Abb. 8–21 Basis auf Drucktisch	251
Abb. 8–22 Druckeinstellungen für die Basis	252
Abb. 8–23 Fertige Basis	253
Druck des Arms für die Spannvorrichtung	253
Abb. 8–24 Arm für die Spannvor- richtung im Modell	253
Abb. 8–25 Fertiger und gesäuberter Arm	254
Druck der Bowdenschlauchklemme	254
Abb. 8–26 Mutter und Sockel auf dem Drucktisch in CURA	254
Abb. 8–27 Mutter und Sockel	255
Klemmkonus für den Bowdenschlauch	255
Abb. 8–28 Modell auf dem Drucktisch und fertiger Konus	255
Zahnräder	256
Abb. 8–29 Die beiden Zahnräder auf dem Drucktisch in CURA	256
Abb. 8–30 Zahnräder für die Materialvorschub- einheit	256
8.2.1.3 Anfertigung des Transportrades und des Gegenlagers	257
Abb. 8–31 Die ersten sechs Nuten	257
Abb. 8–32 Der fertige Schraubenkopf	258
Abb. 8–33 Kugellager mit eingelassener Kerbe	259
8.2.1.4 Zusammenbau	259
Abb. 8–34 Schritt 1 der Montage	260
Abb. 8–35 Transportrad und Gegenlager	261
Abb. 8–36 Wärmeentkopplung mit Silikonschlauch	262
Abb. 8–37 Motor mit Zahnrad an die Basis montiert	262
Abb. 8–38 Einstellung des Abstands zwischen den Zahnrädern	263
Abb. 8–39 Montage abgeschlossen: Der Filamentvorschub ist nun beim Druck einsehbar.	264
8.2.2 Filamenthalter	266
Abb. 8–40 Druckteile für den Filamenthalter	266
8.2.2.1 Vorbereitung	267
Abb. 8–41 Vorrat an ABS-Aceton-Lösung	267
8.2.2.2 Drucken	267
Abb. 8–42 Experteneinstellungen	267
Abb. 8–43 Einstellungen für den Druck	268
Druck der Basisplatte	268
Abb. 8–44 Basisplatte auf dem Drucktisch in CURA	269
Abb. 8–45 Fertige Basisplatte	269
Zylinder	270
Abb. 8–46 Zylinder auf dem Drucktisch in CURA	270
Abb. 8–47 Fertiger Zylinder	270
Arme und Winkel	271
Abb. 8–48 Arme auf dem Drucktisch in CURA	271
Abb. 8–49 Winkel auf dem Drucktisch in CURA	271
Abb. 8–50 Fertige und gesäuberte Arme	272
Abb. 8–51 Fertige und gesäuberte Winkel	272
8.2.2.3 Zusammenbau	273
Abb. 8–52 Befestigte Arme	273
Abb. 8–53 Fertige Halterung	274
Abb. 8–54 So hat auch das lose Laywood-Filament seine Halterung	274
9 3D-Modelle	275
9.1 Downloads aus dem Internet	276
Tab. 9–1 Übersicht über die großen Portale mit kostenlosen Downloads	276
Abb. 9–1 Ein Thing bei Thingiverse	277
Abb. 9–2 Customizable: ein anpassbares Zahnrad	278
9.2 3D-Scanner	278
Abb. 9–3 3D-Druck aus einem 3D-Scan. Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von 3D Fab (www.3dfab.net).	279
Abb. 9–4 Artec Eva und Artec Spider: Scanner mit strukturiertem Licht. Freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Artec 3D (http://www.artec3d.com).	280
9.3 3D-CAD	281
Abb. 9–5 Verschiedene Objekttypen	281
Abb. 9–6 Eine Fläche und der daraus extrudierte Körper	282
Abb. 9–7 Ausgeschnitten: Torus (links), ovale Zylinder (Mitte unten), Bohrung (Mitte oben) und Kugel (rechts)	282
Abb. 9–8 Zylinderdurchbrüche mit Hilfskonstruktionen	283
Abb. 9–9 152 Bohrungen in zwei Arbeitsschritten und 10 Sekunden	284
Abb. 9–10 Das Inhaltscenter von Autodesk Inventor Professional	285
Abb. 9–11 Belastungsanalyse eines Arms der Filamentspule aus Kapitel 8	286
9.4 Parametrische Konstruktionen	286
Abb. 9–12 Eine Sechskantschraube mit OpenSCAD erzeugt	287
Abb. 9–13 OpenSCAD-3D-Modell eines Extruders	287
9.5 Digitales Sculpting	288
Abb. 9–14 Mit Sculptris wird aus einer Kugel ein Alien.	288
Abb. 9–15 Mit MeshLab entsteht die STL-Datei.	289
9.6 Ausblick	290
Tab. 9–2 Häufig verwendete 3D-CAD-Programme	291
A Filamente und Einstellungen	293
Abb. A–1 Im Buch verwendete Filamente	294
A.1 Innofil3D PLA 2,85 mm	295
Tab. A–1 Innofil3D PLA	295
A.2 REC PLA 2,85 mm	296
Tab. A–2 REC PLA	296
A.3 colorFabb Premium Soft PLA/PHA 2,85 mm	297
Tab. A–3 colorFabb Premium Soft PLA/PHA	297
A.4 Innofil3D InnoPET 2,85 mm	298
Tab. A–4 Innofil3D InnoPET	298
A.5 FormFutura Limosolve 2,85 mm	299
Tab. A–5 FormFutura HIPS	299
A.6 REC ABS 2,85 mm	300
Tab. A–6 REC ABS	300
A.7 FormFutura Laywoo-D3 Holz 2,85 mm	301
Tab. A–7 FormFutura Laywoo-D3	301
Glossar	303
Index	307
www.dpunkt.de	0