Druckmaterialien

Ein Leitfaden zum perfekten 3D-Druck mit PLA

| Autor / Redakteur: Robert di Marcoberardino / Sebastian Gerstl

Die richtige Einstellung: Nicht nur die Wahl des Materials ist für den 3D-Druck entscheidend. Um ein überzeugendes Ergebnis zu erhalten, muss jedes Druckermodell anders kalibiriert werden.
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Die richtige Einstellung: Nicht nur die Wahl des Materials ist für den 3D-Druck entscheidend. Um ein überzeugendes Ergebnis zu erhalten, muss jedes Druckermodell anders kalibiriert werden. (Bild: Makerbot)

Es ist der Fluch der ersten Schicht: Bereits die erste Lage beim 3D-Druck ist entscheidend über den Erfolg oder Misserfolg eines Druckprojekts. Anfänger wie Profis hadern mit diesem Problem gleichermaßen. Dabei gibt es ein paar grundlegende Tipps, mit denen Sie die größten Fallstricke beim 3D-Drucken vermeiden können.

Auspacken, einschalten und drucken - die Hersteller präsentieren ihre 3D-Drucker gerne mal mit solch markigen Slogans. Allerdings weiß jeder, der schon mal einen 3D-Drucker in Betrieb genommen hat, dass die Realität davon noch weit entfernt ist. Technisch sind die Geräte zwar ausgereift, aber bis zu einem sauberen 3D-Modell auf dem Drucktisch ist es in den meisten Fällen immer noch ein weiter Weg.

Einsteiger - und bisweilen auch Profis - hadern dabei oft mit der ersten Druckschicht (Layer), die über Erfolg und Misserfolg des Drucks entscheidet: Nur wenn der erste Layer perfekt sitzt (und sitzen bleibt), wird auch das Modell später perfekt. Begriffe wie „First Layer Adhesion“ oder „Warping“ beschreiben genau diese Problematik, bei der das Filament in der ersten Schicht nicht sauber haftet oder sich durch zu starke Temperatur-Unterschiede an den Außenkanten nach oben wölbt.

Von diesen Fehlern sind nicht nur Selbstbau-RepRaps wie Prusas oder Mendels betroffen. Auch Käufer von vermeintlichen Plug-and-Play-Geräten wie Makerbot, Ultimaker oder Cubify haben mit der ersten Schicht zu kämpfen.

Während es auf der Software-Seite eine ganze Reihe an soliden und ausgereiften Lösungen für die 3D-Konstruktion, das Slicing oder die Scan-Optimierung gibt, müssen die Geräte selbst in einem langwierigen Verfahren und vielen „Trial and Error“-Versuchen zur Bestleistung getrimmt werden. Das Problem dabei: Jedes Druckmodell ist anders und Parameter, die bei einer Schraube oder einem Zahnrad zu befriedigenden Ergebnissen führen, können bei größeren Formen wieder völlig obsolet sein.

Auch das verwendete Material ändert das Druckergebnis: Zwar ist das von vielen Hobby-Druckern verwendete PLA etwas einfacher in der Handhabung als ABS, aber auch hier können sich Qualitätsschwankungen oder eine zu hohe Luftfeuchtigkeit negativ auswirken.

Es hat sich beim 3D-Drucken aber eine grundlegende Vorgehensweise etabliert, die mögliche Fehlerquellen ausschließt und die Druckdatei mit erfahrungsgemäß funktionierenden Parametern an den Printer schickt.

Den Drucktisch kalibrieren und in Waage bringen

Einstellungssache: Softwareseitig gibt es zum Scan oder der 3D-Konstruktion bereits eine Reihe ausgefeilte Lösungen, die zum Teil auf individuelle Drucker ausgelegt sind. Die Drucker selbst müssen allerdings in der Regel von Hand optimiert werden.
Einstellungssache: Softwareseitig gibt es zum Scan oder der 3D-Konstruktion bereits eine Reihe ausgefeilte Lösungen, die zum Teil auf individuelle Drucker ausgelegt sind. Die Drucker selbst müssen allerdings in der Regel von Hand optimiert werden. (Bild: Makerbot)

Als erstes steht dabei die Kalibrierung des Druckers. Bei vielen Geräten hilft ein integrierter Kalibrations-Manager weiter, der den Idealabstand zwischen Druckbett und Nozzle (Druckdüse) einstellt. Typischerweise schiebt man an vier Punkten auf dem Druckbett ein Stück Papier zwischen Bett und Düse und stellt die Höhe so ein, dass sich das Papier gerade noch durchschieben lässt. Allerdings kann der Idealabstand je nach Gerätemodell, Unterlage und Nozzlegröße auch etwas schwanken.

Tipp: Ein genaueres Werkzeug für die Kalibrierung ist eine Fühlerlehre, die genaue Blechdicken ab 0,05 Millimeter liefert (Papier ist mal dicker, mal dünner). Beim Kalibrieren lässt sich auch recht zuverlässig erkennen, ob das Druckbett in der Waage ist oder nicht - die Tische lassen sich in der Regel durch Federschrauben horizontal anpassen. Bei Druckbetten mit Glasscheibe sollten auch Krümel oder Haare unter dem Glas entfernt werden.

All diese Maßnahmen sind notwendig, denn bei zu geringem Abstand kann das Filament nicht ungehindert aus dem Nozzle fließen und bei zu großem Abstand bleibt es nicht auf dem Tisch haften.

Ein beheiztes Druckbett liefert die besten Ergebnisse

Ist der Drucker kalibriert, wird die Unterlage bzw. der Drucktisch vorbereitet. Wer ein beheiztes Druckbett mit Glasplatte hat, kann durchaus probieren, direkt darauf zu drucken. Die Idealtemperatur für PLA wird oft mit 70 Grad angegeben, was aber nur ein theoretischer Wert ist. Erstens sorgen die Heizstäbe im Bett nie für eine völlig gleichmäßige Temperatur (typisch: Innen wärmer als aussen) und zweitens meldet auch das Thermometer oft einen ungenauen Wert. Bei schlechten Ergebnissen lässt sich das Bett ohne weiteres auch mal mit 60, 80 oder mehr Grad betreiben. Für mehr Haftung lässt sich der Glastisch zudem wahlweise mit einem Pritt-Stift bestreichen oder mit Haarspray besprühen - wichtig ist dabei, dass die Schicht gleichmäßig aufgetragen wird.

Bei unbeheizten Tischen eignet sich beim Drucken von PLA eine Unterlage aus Abdeckband. Für die Verwendung beim 3D-Drucken hat sich dabei das „Blue Tape“ des Herstellers 3M etabliert, es gibt aber noch eine Vielzahl anderer Fabrikate. Das Auftragen des Tape-Bahnen ist etwas frickelig, da es nicht überlappen darf und eben sein soll. Bei beschädigten Stellen sollte zudem die gesamte Bahn ausgetauscht werden. Wird das Blue Tape richtig aufgetragen, ist es aber ein gut haftender Untergrund für das Filament. Gibt es dennoch Probleme mit dem ersten Layer, kann die Erhöhung der Düsen- bzw. Extrudertemperatur zu einem besseren Ergebnis führen.

PLA reagiert empfindlich auf falsche Temperaturen

Fehlschlag: Zu hektisches Arbeiten oder die falsche Temperatur beim Drucken sind die häufigsten Ursachen bei misslungenen 3D-Drucken.
Fehlschlag: Zu hektisches Arbeiten oder die falsche Temperatur beim Drucken sind die häufigsten Ursachen bei misslungenen 3D-Drucken. (Bild: )

Schwarzes PLA-Filament wird typischerweise mit einer Extruder-Temperatur von rund 190 bis 200 Grad verarbeitet, bei farbigen PLA-Rollen kann die Idealtemperatur auch 10 bis 20 Grad drüber liegen. Gut vorkonfigurierte Drucker wie Makerbot oder Ultimaker haben diese Werte schon ab Werk eingestellt. Bleibt der erste und die darauf folgenden Layer trotzdem nicht sauber liegen, ist die eingestellte Temperatur für das verwendete PLA aber wahrscheinlich zu niedrig. In diesem Fall wird die Temperatur in kleinen Schritten erhöht, bis die Layer sauber haften.

Aber Vorsicht: Eine zu hoch eingestellte Extruder-Temperatur macht sich schnell durch Fäden am Modell bemerkbar. Der Grund: Wenn der Extruder im Eilgang über das Modell fährt und das Filament nicht schnell genug kühlen kann, gibt es einen ständigen Ausfluß an der Düse.

In der Praxis kann es schwierig sein, den idealen Wert zwischen fadenfreiem und haftendem Druck zu ermitteln. Falls es die Drucker-Software zulässt, lässt sich die Temperatur im Idealfall auch nur für die ersten, problematischen Layer erhöhen. Die Aktivierung der Retraction-Option samt Erhöhung des Rückzug-Werts wirkt zudem gegen die Fadenbildung. Um Unregelmäßigkeiten beim Andruck zu vermeiden, ist daneben auch das Drucken einer vom Modell unabhängigen Außenlinie (Skirt) empfehlenswert.

Das Arbeitstempo: Geduld wird bei 3D-Druck belohnt

Ein weiterer häufiger Fehler ist ein zu hohes Arbeitstempo - und das gilt nicht nur für die erste Schicht. Es ist zwar verständlich: Große und komplexe 3D-Drucke benötigen selbst auf den schnellsten Druckern sehr viel Zeit und die möchte man nur all zu gern durch ein hohes Tempo verkürzen. Allerdings wird mehr Geduld oft mit einem deutlich besseren Ergebnis belohnt. Zwar liefern die schnellsten Drucker Arbeitstempi um die 150 mm/s, aber gerade bei der ersten Schicht sollte man nicht über Werte von 10 bis 20 mm/s gehen. Beim Rest des Modells erzielt man hier auch mit 50 mm/s saubere Ergebnisse, wobei die inneren Füllstrukturen auch schneller gedruckt werden dürfen. Im Eilgang (Travel Speed) kann natürlich Höchsttempo gefahren werden.

Übung mach auch beim 3D-Druck den Meister

Selbst mit optimalen Einstellungen wird man immer wieder Drucke haben, die misslingen. Für Einsteiger ist das häufig entmutigend, aber eine Schule, durch die fast jeder muss. Hat man allerdings einen gewissen Erfahrungsschatz aufgebaut, werden die Ausfälle automatisch weniger. Hilfreich kann hier eine einfache Excel-Tabelle sein, in der man alle gelungenen Drucke samt der verwendeten Parameter einpflegt. Die Daten werden zwar auch in der Modell-Datei gespeichert, aber ein direkter Tabellen-Überblick zeigt oft bestimmte Muster oder Unregelmäßigkeiten, die einem helfen können, den Ausschuss zu verringern.

3D-Druck-Communities: Hier gibt's Hilfe

Außerdem gibt es eine hilfreiche Web-Community, die Einsteigern tatkräftig zur Seite steht. Zu den größten Foren im deutschen Raum zählt die 3D-Drucker-Community oder das deutsche Unterforum von forums.reprap.org. Auch die Druckerhersteller wie Ultimaker oder Makerbot bieten in der Regel Support-Foren, ausführliche FAQs oder Tutorials an.

„Event-Tipp 2018“ Am 26. September 2018 diskutieren Entwickler und Experten der industriellen Elektronikfertigung zum 2. Mal über die Möglichkeiten 3D-gedruckter Elektronik. Erfahren Sie mehr über Herausforderungen und Potenziale, wenn gedruckte Elektronik, additive Fertigung und die intelligenten Produktion Symbiosen eingehen. "2. Praxisforum 3D-gedruckte Elektronik"

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Super Als Einsteiger bin ich für solche Artikel sehr dankbar.  lesen
posted am 20.06.2018 um 21:38 von Unregistriert

Herzlichen Dank Genau das was ich wissen wollte.  lesen
posted am 12.05.2018 um 08:24 von Unregistriert


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