Anleitung PLA Druck

Nach dem Einstieg in den 3D Druck ist man oft mit den ersten Druckergebnissen nicht zufrieden. Wir wollen euch hier eine kleine PLA Druckanleitung für möglichst erfolgreiche Ergebnisse geben. Um euch genug Informationen für euren Druck zu liefern, stellen wir euch einen Druckvorgang mit dem RepRap Prusa i3 sowie der Software Slic3r vor.

1. Hardware Einstellungen

Hardware- und Softwarekomponenten spielen für den 3D Druck eine wichtige Rolle. Im ersten Punkt unserer Anleitung für den PLA Druck möchten wir auf die Hardware sowie Einstellungen der Hardware des RepRap Prusa i3 eingehen. Allgemein sollen die hier erwähnten Aspekte für verschiedene Modelle von 3D Drucker gelten. Eine genaue Druckermechanik sowie exakte Bewegungen sind essentiell um gewünschte Druckergebnisse zu erhalten. Bevor man also komplizierte Modelle beginnt zu drucken und dann enttäuscht von den Ergebnissen ist, sollte ein Drucker ausgiebig überprüft werden.

Druckerteile und deren Auswirkungen auf den Druck

Die meisten Drucker unterscheiden sich hinsichtlich ihres Aufbaus. Betrachtet man zum Beispiel den Reprap Prusa i3 so kann man die Hardware in bewegliche und unbewegliche Teile separieren. Unbewegliche Teile haben in vielen Fällen Einfluss auf die durch die Motoren bewegten Teile wie am Prusa i3 Extruder oder Druckbett. Baut man den Drucker selbst sollte man also genau arbeiten – am besten mit einer Schiebelehre. Auch beim Kauf von Druckerteilen oder fertigen Bausätzen sollte man auf die Qualität der einzelnen Teile achten. Bauteile mit hoher Ungenauigkeit können zu erhöhtem Aufwand beim Zusammenbauen sowie in einen ungenaueren Drucker enden. Handelt sich beim Drucker um ein kommerzielles Produkt so ist es vielfach gut sich vor dem Kauf über mögliche Produktionsfehler oder Problemstellen am Drucker zu informieren und diese anschließend auf Fehler zu prüfen.
Besonders Teile welche die Bewegungen des Druckers beeinflussen sollte man beachten. Der in unserer Anleitung verwendete Drucker operiert über Riemen welche zum Beispiel den Extruder oder das Druckbett bewegen. Für eine möglichst genaue und reibungslose Bewegung sollten Riemen immer auf Spannung überprüft werden und nach längerer Abnützung gewechselt werden.

Der Extruder wird über Riemen entlang der x-Achse bewegt.

Der Extruder wird über Riemen entlang der x-Achse bewegt.

Spannbarer Riemen der y-Achse.

Spannbarer Riemen der y-Achse.

Nach Kontrolle von Riemen sowie anderer Bestandteile wie z.B Schrauben kann man den Druckvorgang schon fast starten. Bevor man jedoch tatsächlich beginnt sollte man das Druckbett von Verunreinigungen wie Staub, Fettspuren oder PLA-Resten befreien. Eine Möglichkeit dies zu machen ist mit Geschirrspülmittel sowie gründlichen abwaschen mit Wasser zur Beseitigung von Spülmittelresten. Der Einsatz von Alkohol zur Reinigung von Fettflecken ist auch empfehlenswert. Zusätzlich zur Reinigung sollte das Druckbett auch auf die korrekte Höhe eingestellt werden. Der Druckkopf sollte knapp über der Druckoberfläche sein. Als Richtwert verwenden wir ein Blatt Papier, dieses sollte man mit geringen Widerstand unter der Düse bewegen können. Nachstehend befasst sich diese PLA Druckanleitung mit den Softwareoptionen.

2. Software Einstellungen

Software Einstellungen sind ein wesentlicher Faktor für einen erfolgreichen 3D Druck. Neben entsprechenden Einstellungen angepasst an die Druckeigenschaften von PLA, wie zum Beispiel Temperatur des Extruders und Heizbett, Schichtenhöhe oder Fülldichte, ist auch die richtige Konfiguration der Druckerfirmware entscheidend. Wir möchten auf die Einstellung der Firmware unseres RepRap Druckers eingehen. Bietet euer 3D Drucker keine Möglichkeit an, die Firmware zu konfigurieren, könnt ihr den nächsten Teil unserer Anleitung überspringen. Das ist unter anderem bei einigen kommerziellen Produkten der Fall, die möglichst benutzerfreundlich agieren sollen und somit keine Fremdeinstellungen zulassen.

Marlin Firmware Konfiguration

Die meisten selbstgebauten Drucker, wie auch der von uns verwendete RepRap Prusa i3, verwenden eine der beiden Firmware Marlin oder Sprinter. In unserer Anleitung möchte ich kurz auf die Konfiguration von Marlin eingehen. Für die Konfiguration der Sprinter Firmware kann man sich etwas an Marlin orientieren, da diese zum Teil große Ähnlichkeiten aufweisen.
Marlin wird über das File Configuration.h konfiguriert. Neben den Einstellungen, welche die Hardware des Druckers anbelangt ist es möglich die Schritte (Steps) der einzelnen Achsen in Configuration.h anzupassen.
Die richtigen Einstellungen der Achsen Schritte (DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT) resultieren meist in 3D Modellen mit genaueren Maßen. Um auf gute Werte zu kommen benötigt man ein gedrucktes Referenzmodell wie z.B diesen Würfel und eine Schiebelehre. Je nach Größe des gedruckten Würfels werden Abweichungen der idealen Maße (x,y,z) zu den realen Maße (x,y,z) – gemessen mittels Schiebelehre am gedruckten Modell – sichtbar. Durch einfache Schlussrechnung im Verhältnis der gemessen Maße zu den idealen gelangt man zu den idealen Achsen Schritte für den Drucker. Für unseren 3D Drucker RepRap Prusa i3 sind wir zu folgenden Werten gekommen:

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {80, 80, 3194.8/0.8,563.1}

Bitte beachten, dass es sich hier um die Werte von unserem RepRap Prusa i3 handelt. Die Achsen Schritte können je nach Aufbau (Art der Gewindestangen) des Druckers varieren. Für mehr Informationen und Berechnungen zur Konfiguration der Firmware können wir folgende Seiten empfehlen RepRap Rechner sowie das umfangreiche RepRap Wiki.

Drucken mit Slic3r

Um 3D Modelle in stl-Dateiformat von Seiten wie Thingiverse drucken zu können, müssen diese vorerst in den “Maschinencode”, den G-Code, umgewandelt werden. Für die Erstellung des G-Code können 3D Slicing-Programme wie zum Beispiel Slic3r oder Cura verwendet werden. In unserer Anleitung wollen wir auf die Software Slic3r und deren Einstellungen näher eingehen.
Nachdem erfolgreicher Installation von Slic3r erscheint nach anschließendem öffnen folgendes Fenster.

Slic3r Startfenster

Slic3r Startfenster.

Am oberen linken Rand von Slic3r befinden sich Buttons für Aktionen wie Hinzufügen, Löschen, Alle Löschen, Mehr (Duplizieren), Weniger, Drehen, Skalieren, Trennen sowie Schneiden. Diese Operationen behandeln primär die Objekte, welche gedruckt werden sollen und haben wenig Einfluss auf Druckeigenschaften wie zum Beispiel die Drucktemperatur. Den größten Teil dieses Fensters nimmmt die Objektansicht ein. Hier kann man die 3D Modelle in verschiedenen Ansichten betrachten und auf dem Druckbett (Raster) platzieren. Am rechten Rand werden die hinzugefügten Objekte aufgelistet. In unserem Fall der 25mm Kalibrierungswürfel mit den weiter unten angezeigten Maßen 25.00 x 25.00 x 25.00mm. Die Optionen Print setting, Filament und Printer werden nur angezeigt wenn man zuvor Slic3r in den Experten Modus über Slic3r > Settings geschaltet hat!
Nun wollen wir uns den Slic3r Einstellungen für das PLA Modell widmen. Dazu müssen wir in Slic3r in den Tab Print Settings wechseln.

Weiterführende Slic3r Einstellungen – Schichten und Perimeter

Slic3r Druckeinstellungen > Schichten und Perimeter

Slic3r Druckeinstellungen > Schichten und Perimeter.

Im linken Reiter haben wir die Kategorie Schichten und Perimeter (Layer and Perimeters) ausgewählt. In dieser Kategorie befinden sich wichtige Slic3r Einstellungen. Das erste Feld die Schichtenhöhe (Layer Height) gibt an wie hoch eine Schicht des 3D Modell ist. Je nach Einstellung der Schichtenhöhe ergibt sich eine höhere oder niedrigere Auflösung des 3D Modells. Man sollte jedoch in Betracht ziehen das eine geringer Schichtenhöhe zwar in einer besseren Auflösung und genaueren Dartstellung des 3D Modells resultiert jedoch die Druckzeit erheblich erhöht. Als Beispiel, wenn 3D Modell mit einer Schichtenhöhe von 0.4mm gedruckt wird, beträgt die Druckzeit z.B 2h. Wird das gleiche 3D Modell mit einer Schichtenhöhe von 0.2mm gedruckt so dauert es schon 4h. Allgemein führt also eine Halbierung der Schichtenhöhe zu einer Verdopplung der Druckzeit!
Es stellt sich also die Frage, was ist die optimale Schichtenhöhe? Diese hängte unserer Meinung nach je nach Druckpräferenz ab. Möchte ich nicht auf Genauigkeit verzichten, so ist es besser die Schichtenhöhe zu reduzieren um eine höhere Auflösung des 3D Modells zu erhalten. Man muss sich jedoch bewusst sein, dass die Druckdauer bei geringer Schichtenhöhe sehr lange ist. Kann man bei der Genauigkeit Abstriche machen, so bietet sich eine höhere Schichtenhöhe (mitunter der geringeren Druckzeit) an.
Was man bei der Druckhöhe jedoch beachten sollte, dass diese nicht höher als der Düsendurchmesser des 3D Druckers sein sollte. Also für unseren 3D Drucker mit einem Düsendurchmesser von 0.4mm ergibt sich eine maximale Schichtenhöhe von 0.4mm. Als Referenz für 0.4mm Düsen verwenden wir eine Druckhöhe von 0.2mm, weil dies unserer Meinung nach einen Kompromiss zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit ist.

Unter dem Feld der Schichtenhöhe befindet sich eben die Einstellung für die Schichtenhöhe der ersten Schicht des 3D Modells. Hier wird im Normalfall eine etwas höhere Schichtenhöhe – in unserem Fall 0.3mm – gewählt um eine bessere Haftung am Druckbett zu erhalten. Das nächste Feld die Perimeter beschreiben wie dick die Wände des 3D Modells sein sollen. Wir verwenden hier die Standardeinstellung von Slic3r mit einer Dicke von 3 (mal den Düsendurchmesser). In der weiteren Einstellung der soliden Schichten (Solid Layers) wird festgelegt wie viele davon erstellt werden sollen. Solide Schichten haben den Zweck ein solide Basis für das Modell zu schaffen und eventuelle anfängliche Druckfehler somit auszubessern. Man sollte hier zumindest 2 solide Schichten festgelegt haben. Die restlichen Einstellungen der Schichtenhöhe und Perimeter möchten wir auslassen, da diese unserer Erfahrung nur in seltenen Fällen benutzt werden.

Slic3r Einstellungen – Füllung

Slic3r Druckeinstellungen > Füllung

Slic3r Druckeinstellungen > Füllung.

Die Füllung von 3D Modellen ist notwending um diesen die notwendige Form zu geben. In Slic3r sind als wichtigste Fülleinstellungen das Füllmuster (Fill Pattern) sowie die Fülldichte (Fill Density) angeführt. Je nach Einstellung der Fülldichte wird das 3D Modell mit mehr oder weniger dicht durch das gewählte Füllmuster ausgefüllt. Das Füllmuster trägt zur Stabilität des 3D Modells bei. In der Regel erzielen wir mit dem Bienenwaben-Muster (Honeycomb) sehr gute und stabile Resultate.
Wie auch bei der Schichtenhöhe, wirkt sich die Wahl der Schichtenhöhe auf die Druckzeit aus. Für schnellere Druckvorgänge verwenden wir 10% oder 20% Füllung, für 3D Modelle mit mehr Stabilität 40%. Aus unserer Erfahrung reicht in den meisten Fällen eine Dichte von 10-20%.

Slic3r Einstellungen – Skirt and Brim

Slic3r Druckeinstellung > Skirt und Brim

Slic3r Druckeinstellung > Skirt und Brim.

Mit den Worten Skirt und Brim lässt sich auf den ersten Blick meist nicht viel anfangen. Unter Skirt versteht man eine Art Rahmen um das Objekt. Zu Beginn eines 3D Drucks ist zumeist die Druckdüse noch nicht vollständig gefüllt und es dauert etwas bis dass das geschmolzene Filament einwandfrei fließen kann. Da dies bei sofortigem Druckbeginn am 3D Modell oft zu Fehlern führt, wird ein Skirt eingesetzt. Der Skirt macht im Standardfall einen Rahmen von einer Schichtenhöhe 6mm um das Objekt, was einen einwandfreien Druckfluss gewährleistet. In den Skirt- und Brim-Optionen kann man Loops einstellen. Beispielsweise wird bei zwei Loops der Rahmen zweimal nachgezogen. Des Weiteren kann man die Distanz des Rahmens zum Objekt einstellen sowie die Schichtenhöhe des Rahmens und die Anzahl an Millimeter von Filament das gedruckt werden soll.

Unter Brim wird eine zusätzliche Schicht Filament gedruckt um einen besseren Halt auf der Druckfläche zu erzeugen und das sogenannte Warping zu vermeiden. Das Warping auf Deutsch Schrumpfen lässt den Kunststoff aufgrund von ungleichmäßig verteilten Eigenspannungen und unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeiten und -temperaturen der Schichten zusammenziehen.
Der Brim soll diesen Effekt entgegenwirken. Nach dem Druck muss der Brim allerdings manuell entfernt werden mit z.B Messer, Schleifpapier.
Aus unserer Erfahrung kann man die Brim Einstellungen bei ausreichender Haftung vernachlässigen.

Slic3r Einstellungen – Support Material

Slic3r Druckeinstellung > Support Material

Slic3r Druckeinstellung > Support Material.

In den Support Material Einstellungen könnt ihr – wie der Name schon verrät – Unterstützungmaterial für eure 3D Modelle drucken. Wenn man von Support Material (Unterstützungsmaterial) spricht, handelt es sich um zusätzlich Gedrucktes, welches das Modell für den Druckvorgang unterstützen soll um sich z.B. nicht vom Druckbett zu lösen oder umzufallen. Das Support Material wird in der Regel so generiert, dass es sich leicht vom gewünschten Modell lösen lässt und nur das originale Modell übrig bleibt. Besonders bei Modellen mit einer kleinen Bodenfläche – wenig Haftung am Druckbett – oder Konstrukten mit schwer zu druckenden Stellen empfiehlt sich Support Material. Nachdem man das Häckchen in der ersten Box für Support Material setzt ist es möglich die Einstellungen Overhang Threshold und “Enforce support material…” einzustellen. In dem Overhang Threshold Feld gibt man an ab welchen Winkel (in Grad °) Support Material gedruckt werden soll für überhängende Stellen im 3D Modell. Hier kann man zum Beispiel 45 Grad einstellen und dann wird über einem Winkel von 45 Grad Support Material für das 3D Modell generiert.
In den “Enforce den support for the first: x layers” Einstellungen kann man Slic3r für die ersten x-Schichten ein Support Material generieren lassen.

Im nächsten Bereich von Support Material kann man Raft-Layers generieren lassen. Diese Raft-Layers werden zusätzlich zum Modell generiert um einen größeren “Fußabdruck” des Modells zu erhalten und somit eine größere Haftung am Druckbett. Die Grundfläche in den ersten Schichten wird also für bessere Haftung erhöht.

Die folgenden Einstellung nach den Raft-Einstellungen sind erweitert und betreffen weitere Optionen für die Generierung des Support Material und der Raft-Layer. Wir gehen auf diese Optionen jetzt nicht ein, da wir diese nur sehr selten benutzen. Wer jedoch dazu mehr Informationen erhalten möchte sollte in der offiziellen Slic3r Bedienungsanleitung nachlesen.

Slic3r – Filament Einstellungen

Slic3r Filament Einstellungen

Slic3r Filament Einstellungen.

Der letzte Punkt in unserer PLA und Slic3r Anleitung behandelt die Filament Optionen. Diese sind überwiegend selbsterklärend. Im ersten Punkt kann man die Farbe des Filament angeben, wir nutzen dies jedoch fast nie da es keinen Einfluss auf den Druck hat. Der zweite Punkt gibt den Durchmesser des Filament an, hier empfiehlt es sich beim jeweiligen Filament selbst mit z.B einer Schiebelehre nachzumessen und den Durchmesser des gewählten Filaments anzugeben. Ansonsten kann man sich auch an den Angaben des Herstellers orientieren.
Mit Extrusion Muliplier kann man in Slic3r die Fluss Rate des extrudierten Filament genauer angeben. Ein Wert von 1 würde einer Fluss-Rate von 100% entsprechen, 1.5 entspricht 150%. In der Regel ist diese Einstellung jedoch schon in der Firmware des Druckers gesetzt.

Im Temperaturfeld der Filament Einstellungen kann man die Hitze für den Druck eines 3D Modells in ABS oder PLA einstellen. In den oberen Feldern kann man die Temperatur des Extruders festlegen so wird in unserem Beispiel für die erste Schicht eine Drucktemperatur von 195° Celsius gewählt und für die restlichen Schichten des 3D Modells 190° Celsius. Unser Druckbett wird für die erste Schicht auf 65° Celsius aufgeheizt und für die restlichen Schichten auf 60° Celsius.
Falls ihr euch wundert wieso die Temperatur des Extruders und des Heizbetts für die ersten Schichten höher ist. Dies liegt darand das die erste Schicht oft ausschlagend für einen erfolgreichen Druck ist und diese muss sehr gut am Druckbett haften. Aus diesem Grund wählt man hier eine höhere Temperatur. Wir können dazu +5° Celsius empfehlen.

Wir hoffen euch mit dieser Anleitung einen Überblick über PLA-Einstellungen zu geben und wünschen euch schönes und vor allem erfolgreiches 3D Drucken!