Einstieg in den 3D-Druck
Seit einiger Zeit habe ich Erfahrungen mit meiner CNC-Fräse gesammelt und so einige Projekte umgesetzt. Nun wurde es Zeit, weitere Möglichkeiten im individuellen Modellbau zu ergründen. Der 3D-Druck hat mich schon länger fasziniert und in den Foren sind einige tolle Ergebnisse zu sehen.
Hier kommen nun meine Erfahrungen aus diesem Bereich:
Auf dem Markt der sog. FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling) gibt es viele Produkte und bekannte Hersteller. Für meinen Bedarf sollte es etwas sein, was auf Anhieb funktioniert, eine sehr gute Detaillierung bringt und preislich noch verkraftbar ist. Meine Wahl fiel auf die Drucker aus dem Hause Prusa mit dem Bausatz eines Prusa i3 MK3+. Was mich letztlich überzeugt hat, waren
- Open Source Projekt
- hohe Verarbeitungsqualität der verbauten Teile
- große Community der Nutzer
- sehr guter Support
- hohe Druckqualität
Nun war die Entscheidung gefallen und der Drucker wurde als Bausatz bestellt. Der Zusammenbau war schon bei meiner CNC-Fräse ein positives Erlebnis, bei dem man viel über das Produkt lernt und zugleich Geld spart.
Zusammenbau des 3D-Druckers
Nach 8 Wochen Lieferzeit stand dann endlich der Karton mit den Bauteilen im Keller.
Die einzelnen Teile sind sehr gut verpackt und gemäß Aufbauanleitung in Kapitel/Schritte gegliedert und beschriftet. Die Anleitung wird auf Englisch in gedruckter Form mitgeliefert. Noch schöner ist aber die Online-Version, die ich auf meinem Tablet am Start hatte.
Zunächst wird der Rahmen aufgebaut und verschraubt. Wichtig ist immer, dies mit der ausreichenden Zeit und Ruhe zu machen. Wenn man den Luxus hat, dies zu zweit mit dem Sohn machen zu können, vermeidet man mit vier Augen ein paar Fehler und hat noch mehr Spaß beim Aufbau.
Die einzelnen Bauteile, insb. die Servomotoren und das Heizbett, bringen natürlich eine Menge Kabel mit, die zunächst wild in der Gegend herumhängen.
Mit dem Aufbau der Steuereinheit kommt am Schluss die notwendige Ordnung in den Kabelsalat. Auch bei diesem Schritt ist ein wenig Zeit einzuplanen, um keinen Fehler zu machen. Wenn alle Kabel angeschlossen und sicher verstaut sind, geht es an den Selbsttest und die erste Kalibrierung des Druckers. Auch diese Inbetriebnahme wird super von den Beschreibungen von Prusa sowie der Software unterstützt, so dass keine Unterstützung des Supports notwendig wurde.
Und so steht er nun auf der Werkbank und produziert auf Befehl alles, was ich zum Basteln gerade brauche.
Konstruktion
Schon vor einem Jahr habe ich mich in die 3D-Konstruktion eingearbeitet und begann dabei mit FreeCAD zu arbeiten. Nach einigen positiven Erfahrungen bin ich dennoch auf eine andere Software geschwenkt und setze nun Autodesk Fusion 360 ein.
Mein aktuelles Projekt ist die leider zerstörte Stahlträgerbrücke über die Ahr bei Mayschoß. Im folgenden Bild ist ein kleiner Ausschnitt zu sehen:
Dieser Mittelträger wurde aus der Software als STL-Datei exportiert. Dieses Format hat sich als quasi Standard-Dateiformat für den 3D-Druck durchgesetzt. Der Export wandelt nun das 3D-Modell in eine Vielzahl von winzigen Dreiecken um, die in der Folge für die Steuerung des 3D-Drucker verwendet werden können.
Druckvorbereitung
Und hier kommt auch schon der sog. Slicer in Aktion. Diese Software wandelt die STL-Datei in eine Vielzahl von druckbaren Schichten um, die mit dem Filamentdrucker dann nach und nach erzeugt werden.
Im nachfolgenden Beispiel wurde der Mittelträger der Ahrbrücke zum Druck vorbereitet.
Das Modell wurde dabei flach auf die Druckplatte gelegt. Die Doppel-T-Träger haben in dieser Position natürlich Überhänge. Damit das an diesen Stellen aufzubringende Material/Filament nicht der Schwerkraft folgend einfach herunterfällt, werden sog. Support-Strukturen erzeugt. Dies sind ebenfalls gedruckte Kunststoffteile, die aber sehr dünn ausfallen und nach dem Fertigstellen des Drucks einfach entfernt werden können.
Erste Drucke
Als Ergebnis erzeugt der Slicer von Prusa den G-Code, eine Menge von Anweisungen zur Steuerung des 3D-Druckers. Die Datei wird auf eine kleine SD-Karte gespielt und in das Steuergerät des Druckers gesteckt. Nach dem Einlegen des Filaments, in diesem Falle PLA, heizt der Drucker das Druckbett auf 60 Grad auf und das Hotend (Druckkopf) auf über 200 Grad.
Für die feinen Strukturen in der Spurweite H0 benötigt es schon eine sehr feine Druckdüse. Im Standard ist der Drucker mit einer Düse von 0,4 mm ausgestattet. Besser eignet sich aber für Details eine Stärke von nur 0,25 mm. Eine solche Düse habe ich gleich mitbestellt und direkt an Stelle der mitgelieferten verbaut. Gedruckt wurden die Träger mit einer Schichtdicke von nur 0,1 mm.
Der Druck kühlt sehr schnell ab und kann fast direkt nach dem Druckvorgang von der flexiblen Druckplatte abgelöst werden. Nur ein leichtes Biegen der Platte und schon löst sich das Modell. Es folgt das Entfernen der Support-Strukturen mit verschiedenen Werkzeugen. Ich verwende für diese Aufgabe einen Stichel und ein Bastelmesser. Die Stabilität des Materials PLA hat mich überzeugt – keine Teile des Drucks sind kaputt gegangen.
Und so liegt es nun da, mein erstes Druckteil für meine Stahlträgerbrücke in H0. Der Druck hat ca. 2 Stunden je Teil gebraucht und es werden noch viele Teile und Druckstunden bis zur Fertigstellung der Brücke folgen.
