3D-Druck für Anspruchsvolle E-Book

Christian Rattat

• Herausgeber: dpunkt
• Kategorie: Lebensstil
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2016

Seitenzahl: 270

Beschreibung

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.

Leseprobe

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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3D-Druck für Anspruchsvolle

Mit dem Ultimaker perfekte Werkstücke erstellen

Christian Rattat

Christian [email protected]

Lektorat: Dr. Michael BarabasCopy-Editing: Ursula Zimpfer, HerrenbergSatz: Birgit BäuerleinHerstellung: Susanne BröckelmannUmschlaggestaltung: Helmut Kraus, www.exclam.deDruck und Bindung: M.P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, 33100 Paderborn

Bibliografische Information der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN:Print    978-3-86490-331-1PDF    978-3-86491-879-7ePub    978-3-86491-880-3mobi    978-3-86491-881-0

1. Auflage 2016Copyright © 2016 dpunkt.verlag GmbHWieblinger Weg 1769123 Heidelberg

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Vorwort von Ultimaker

Als das Buch »3D-Druck für Anspruchsvolle« von Christian Rattat in unserem Ultimaker-Office in Geldermalsen eintraf, überkam uns bereits vor dem Lesen eine gewisse Vorfreude. Wir von Ultimaker bezeichnen uns selbst als Maker. Unsere 3D-Drucker wurden buchstäblich in Fab Labs geboren. Maker sind die Grundlage unseres Handelns. Wir wollen uns zusammen mit den Makern weiterentwickeln. Bereits in der Vergangenheit begeisterte uns die Community mit sinnvollen Überarbeitungen unserer Extruder. Aktuell sorgt der Olsson Block, ein von Anders Olsson entwickeltes Upgrade, für einen regelrechten Performance-Schub unserer Ultimaker Familie.

Christian Rattat schlägt in dieselbe Kerbe und begeistert uns dabei. »3D-Druck für Anspruchsvolle« ist ein liebevoll und akribisch gestaltetes Werk, das Christian Rattats Weg zum 3D-Drucker seiner Träume beschreibt. Das Schönste an dem Buch ist, dass Rattat uns Leser stets mitnimmt und jeden seiner Schritte begründet und erklärt. Auf diese Weise wird das Werk auch dem weniger etablierten Maker zugänglich gemacht.

Wir werden dieses Buch zusammen mit unserem deutschen Sales Partner iGo3D, der auch die in diesem Buch verwendeten Filamente geliefert hat, jedem ambitionierten Maker empfehlen.

Ultimaker B.V.

iGo3D GmbH

Watermolenweg 2

4191 PN Geldermalsen

The Netherlands

Am Brabrinke 14

30519 Hannover

https://ultimaker.com/en

https://www.igo3d.com/de/

Vorwort des Autors

Die wenigsten wissen, dass der 3D-Druck bereits seit 30 Jahren für die industrielle Fertigung eingesetzt wird und heute sehr viele Dinge damit hergestellt werden. Den Einzug in das heimische Bastelzimmer haben 3D-Drucker aber erst vor wenigen Jahren angetreten.

Zwar kam ich schon vor einiger Zeit mit dem Thema 3D-Druck in Berührung, richtig interessant wurde dies für mich aber erst durch mein Hobby: Multicopter bauen und fliegen. Die Vorstellung, aus dem Nichts komplexe Objekte schaffen zu können, weckte in mir neue Ideen. Zuvor hatte ich vor allem spanende Verfahren wie Fräsen, Sägen und Bohren verwendet. Damit kam ich auch immer zum Ziel, aber der Weg war oft beschwerlich und lang. Zu dieser Zeit wurde der Traum von »ich drucke mir einbaufertige Teile und trinke nebenbei ein Bier beim Tatort« geboren.

So habe ich mir Gedanken dazu gemacht, welcher 3D-Drucker meine – gehobenen – Ansprüche wohl erfüllen könnte. Das Auswahlverfahren dauerte circa sechs Monate. In dieser Zeit habe ich Tausende Beiträge in Foren, mehrere Bücher und viele Testberichte gelesen. Zum Schluss kam ich auf zwei konträre Kernpunkte:

3D-Druck ist total einfach. Es gibt keine Grenzen, man darf nur nicht aufgeben, dann druckt man alles in Wahnsinnsqualität, mit jedem Material und in jeder Farbe.

Die Mehrheit aller 3D-Drucker-Besitzer hat gravierende Probleme, überhaupt etwas zu produzieren, das einen Nutzen bringt. So ziemlich alle können lustige Roboter und Namensschilder drucken. Aber nur die wenigsten schaffen es, qualitativ hochwertige, maßhaltige und mechanisch belastbare Bauteile zu drucken. Vielen abgebildeten Druckergebnissen im Internet sieht man die schlechte Qualität bereits an.

Ich muss an dieser Stelle gestehen, dass ich ein Pedant bin. Wenn ich mich einem Thema widme, will ich es auch beherrschen. Halbwegs und einigermaßen kommen für mich meist nicht infrage. In vielen Stunden habe ich deshalb immer wieder mit meinem Ultimaker 3D-Drucker dieselben Teile gedruckt, Belastungs- und Bruchtests durchgeführt und herumprobiert, wie diese eine schönere Optik bekommen.

Wie schon beim Thema Multicopter habe ich mich gewundert, dass ich zum Thema 3D-Druck keine Bücher finden konnte, die meinen Ansprüchen genügen. Es gibt gute Einführungen, die ohne Zweifel zu verstehen helfen, worum es eigentlich geht, welche Technologien es gibt und was man damit Tolles tun kann. Wie man aber mit einem 3D-Drucker selbst vernünftige Ergebnisse erzielt, konnte mir kein Buch vermitteln. So habe ich mich dazu entschlossen, dieses Buch zu schreiben, in der Hoffnung, dass es eine große Lücke füllt, auch wenn man keinen Ultimaker 3D-Drucker verwendet.

Die Webseite und weitere Informationen zum Buch

Unter http://3ddruckerbuch.de finden Sie die Webseite zum Buch. Dort stehen Ihnen folgende Informationen zur Verfügung:

Ergänzungen zum Buch

Fehlerkorrekturen

Links und Downloads

Dokumentation der Druckparameter für verschiedene Filamente

Fotos

Die Webseite wird mit der Zeit noch um weitere Informationen und Reparaturanleitungen erweitert. In Tabelle 1 finden Sie Links zu den im Buch erzeugten Druckobjekten.

Objekt

Link

Frosch, verschiedene Kapitel

http://www.thingiverse.com/thing:18479

iPhone-Ladeschale, Abschnitt 1.3

http://www.thingiverse.com/thing:492101

Ultimaker Roboter, Abschnitt 4.4

http://www.thingiverse.com/thing:11551

Zylinder, Abschnitt 4.4

http://www.thingiverse.com/thing:998361

Keil, Abschnitt 7.2

http://www.thingiverse.com/thing:25436

Z-Justierung, Abschnitt 7.3

http://www.thingiverse.com/thing:58582

Lüfterbefestigung, Abschnitt 7.4

http://www.thingiverse.com/thing:77107

Kabelführung, Abschnitt 7.5

http://www.thingiverse.com/thing:22719

Endkappen, Abschnitt 7.6

http://www.thingiverse.com/thing:54075

Halterung für LEDs, Abschnitt 7.7

http://www.thingiverse.com/thing:970688

Füße, Abschnitt 7.8

http://www.thingiverse.com/thing:1013009

Stufenzylinder, Abschnitt 8.1.1

http://www.thingiverse.com/thing:533472

Rahmen, Abschnitt 8.1.3

http://www.thingiverse.com/thing:998361

Platte, Abschnitt 8.1.10

http://www.thingiverse.com/thing:533472

Materialvorschubeinheit, Abschnitt 8.2.1

http://www.thingiverse.com/thing:986482

Filamenthalterung, Abschnitt 8.2.2

http://www.thingiverse.com/thing:1000667

Tab. 1 Druckobjekte aus dem Buch

Persönliche Sicht des Autors

Im Text sind einzelne Passagen enthalten, die persönliche Darstellungen des Autors wiedergeben. Zur Abgrenzung vom restlichen Text sind diese in anderer Schrift und blau gesetzt.

Danksagungen

Mein allerherzlichster Dank geht an meine Lektorin Ursula Zimpfer, die mit ihrer Akribie jeden noch so kleinen Fehlerteufel exorziert, an Wolfgang Lindner, der sich mit mir qualvolle lange Stunden über 3D-Modellierung und 3D-Druck unterhalten musste, an Susan Grey für die moralische Unterstützung sowie an Maik Schmidt, Peter Griwatsch und René Bohne für die Reviews, an Mario Hüttenhofer von 3D Fab für die Bereitstellung der beiden 3DP-Drucke, an Alfred, der nicht aufgibt, mir zu erklären, dass ich »mal raus muss« und viel Sport machen soll, und nicht zuletzt an Helmut Kraus vom dpunkt.verlag für das Cover-Design und natürlich an Michael, Miriam, Sabrina und Vanessa und den Rest vom dpunkt.verlag, die es mir ermöglicht haben, mein zweites Buch zu schreiben.

Inhaltsübersicht

1      Einführung

2      FDM-3D-Druck

3      Montage des 3D-Druckers

4      Inbetriebnahme

5      Erweiterung 1: UltiController

6      Erweiterung 2: Beheizter Drucktisch

7      Verbesserungen und Umbauten

8      FDM-3D-Druck in der Praxis

9      3D-Modelle

A      Filamente und Einstellungen

Glossar

Index

Inhaltsverzeichnis

1        Einführung

1.1      An wen richtet sich dieses Buch?

1.2      Warum 3D-Druck?

1.3      Wie kam der 3D-Druck in die Bastelkeller?

1.4      Wie funktioniert 3D-Druck?

1.4.1      CAD

1.4.2      CAM

1.4.3      G-Code

1.4.4      Druckvorbereitung

1.4.5      Drucken

1.4.6      Nachbearbeitung

1.5      Welche 3D-Druckverfahren gibt es?

1.5.1      Druck mit flüssigen Materialien

1.5.1.1      Stereolithografie (SLA)

1.5.1.2      Film Transfer Imaging (FTI)

1.5.1.3      Digital Light Processing (DLP)

1.5.1.4      Continuous Liquid Interface Production (CLIP)

1.5.1.5      MultiJet Printing (MJP)

1.5.1.6      PolyJet Printing (PJ)

1.5.1.7      Contour Crafting (CC)

1.5.1.8      Druck mit Pasten

1.5.2      Druck mit festen Materialien, die verflüssigt werden

1.5.2.1      Selektives Lasersintern (SLS)

1.5.2.2      Selektives Laserschmelzen (SLM)

1.5.2.3      Selektives Elektronenstrahlschmelzen (SEBM)

1.5.2.4      Fused Deposition Modeling (FDM, FFF)

1.5.2.5      Laserauftragschweißen

1.5.2.6      Anti-Gravity Object Modeling (AOM)

1.5.3      Druck mit Druckmedien, die verklebt werden

1.5.3.1      Laminated Object Modeling (LOM)

1.5.3.2      3D-Printing (3DP)

2        FDM-3D-Druck

2.1      Funktionsweise eines FDM-3D-Druckers

2.2      Aufbau eines FDM-3D-Druckers

2.2.1      Druckeinheit

2.2.2      Positioniereinheit

2.2.3      Materialvorschubeinheit

2.2.4      Steuereinheit

2.2.5      Drucktisch

2.3      Druckmaterialien für den FDM-3D-Druck

2.3.1      PLA (Polylactic Acid)

2.3.2      ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)

2.3.3      PA 6.6 (Polyamid)

2.3.4      PET (Polyethylenterephthalat)

2.3.5      PC (Polycarbonate)

2.3.6      Holzfilament

2.3.7      TPE (Thermoplastische Elastomere)

2.3.8      PVA (Polyvinylalkohol)

2.3.9      HIPS (High Impact Polystyrol)

2.3.10    Wachsfilament

2.3.11    Sonstige Filamente

2.4      Der richtige FDM-3D-Drucker

2.5      Auswahlkriterien

2.6      Auswahlprozess

2.6.1      Ultimaker Original & Ultimaker Original Plus

2.6.2      printMATE 3D

2.6.3      PRotos v3 Base-KIT und PRotos v3 Full-KIT

2.6.4      Felix 3.0

2.6.5      Entscheidungsfindung

3        Montage des 3D-Druckers

3.1      Montage des Rahmens

3.2      Montage der X/Y-Positioniereinheit

3.3      Montage der Druckeinheit

3.4      Montage der Z-Positioniereinheit mit Drucktisch

3.5      Montage der Materialvorschubeinheit

3.6      Montage der Steuerelektronik

4        Inbetriebnahme

4.1      Vorbereitung des Drucktisches

4.2      Checkliste

4.3      Inbetriebnahme mit CURA

4.4      Kalibrierung des Drucktisches mit CURA

4.5      Weitere Funktionen in CURA

5        Erweiterung 1: UltiController

5.1      Montage des UltiControllers

5.2      Bedienung des UltiControllers

6        Erweiterung 2: Beheizter Drucktisch

6.1      Montage des Drucktisches

6.2      Ausbau des bestehenden Drucktisches

6.3      Einbau der Steuerplatine

6.4      Einbau des neuen Drucktisches

6.5      Inbetriebnahme

7        Verbesserungen und Umbauten

7.1      Verlegen der Motoren nach außen

7.2      Befestigung der Materialvorschubeinheit

7.3      Feineinstellung für oberen Z-Endschalter

7.4      Lüfterbefestigung

7.5      Kabelführung für den UltiController

7.6      Einstellbare Endkappen

7.7      Beleuchtung

7.8      Füße mit Silikondämpfung

7.9      Seitenscheiben und Frontklappe

8        FDM-3D-Druck in der Praxis

8.1      FDM-3D-Druck ist nicht trivial

8.1.1      Materialschrumpfung

8.1.2      Materialverwerfungen

8.1.3      Haftung auf dem Drucktisch

8.1.4      Unterextrusion und verstopfte Düsen

8.1.5      Feuchtes Filament

8.1.6      Falsche Geometrie

8.1.7      Nicht verbundene Schichten

8.1.8      Verschobene Schichten

8.1.9      Beulen

8.1.10    Fäden

8.2      Beispiele aus der Praxis

8.2.1      Neue Materialvorschubeinheit

8.2.1.1      Vorbereitung des Druckes

8.2.1.2      Drucken

8.2.1.3      Anfertigung des Transportrades und des Gegenlagers

8.2.1.4      Zusammenbau

8.2.2      Filamenthalter

8.2.2.1      Vorbereitung

8.2.2.2      Drucken

8.2.2.3      Zusammenbau

9        3D-Modelle

9.1      Downloads aus dem Internet

9.2      3D-Scanner

9.3      3D-CAD

9.4      Parametrische Konstruktionen

9.5      Digitales Sculpting

9.6      Ausblick

A        Filamente und Einstellungen

A.1      Innofil3D PLA 2,85 mm

A.2      REC PLA 2,85 mm

A.3      colorFabb Premium Soft PLA/PHA 2,85 mm

A.4      Innofil3D InnoPET 2,85 mm

A.5      FormFutura Limosolve 2,85 mm

A.6      REC ABS 2,85 mm

A.7      FormFutura Laywoo-D3 Holz 2,85 mm

Glossar

Index

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.