Hinweise für die mündliche Prüfung
Erklärungen direkt anhand von Grafiken und direkt in einer Slicer-Software
Wie läuft der Aufbau eines 3D Bauteils bei einem additiven Verfahren in einem 3D Drucker ab?
Bei einem additiven Verfahren wird das Material Schicht für Schicht übereinander aufgetragen und miteinander in Verbindung gebracht. Im Gegensatz zum subtraktiven Verfahren, bei dem ausgehend von einem vorgegebenen Körper Material z. B. durch Fräsen abgetragen wird, benötigt man bei additiven Verfahren und die Menge an Material, die dem Volumen des produzierten Körpers entspricht.
Wie ist ein 3D Drucker aufgebaut und aus welchen Hauptkomponenten besteht ein solcher?
Die beiden Hauptelemente eines 3D Druckers sind der Druckkopf und die Druckplatte. Im Druckkopf (Extruder) wird der Kunststoff (Filament) erhitzt und auf der Druckplatte aufgebracht. Für die mechanische Steuerung gibt es unterschiedliche Bauformen. Bei der Lösung, die in der folgenden Grafik dargestellt ist, wird der Druckkopf in X-Y-Richtung und die Druckplatte in Z-Richtung bewegt.
Welche Informationen stehen in einer STL-Datei?
Bei einer STL-Datei handet es sich um CAD-Daten eines dreidimensionalen Körpers in der Informationen über geometrische Objekte wie Punkte, Kanten, Ebenen, ... abgelegt sind.
Was muss aus einer STL-Datei erzeugt werden, um einen 3D Bauteil mit einem 3D Drucker ausdrucken zu können und wie heißt dieser Vorgang?
Aus den geometrischen Daten in einer STL-Datei müssen Steuerbefehle für einen 3D Drucker generiert werden, um die Position des Druckkopfs, der Druckplatte, wie auch die Steuerung des Durchflusses des flüssigen Kunststoffs während des Aufbringens der Schichten zu steuern.
Dieser Vorgang wird als slicen bezeichnet, das Ergebnis ist eine reine Textdatei, welche diese Steuerbefehle in Form von GCODE beinhaltet. Bei Slicer-Anwendungen handet es sich um sogenannte CAM (Computer Aided Manufacturing) Programme, welche geometrische Informationen in Steuerdaten für Fertigungsmaschinen überführen.
Zeige den vollständigen Workflow ausgehend von einer vorliegenden STL-Datei bis zur fertigen Datei, die in einem 3D Drucker geladen werden kann mit einer Slicer-Software?
1. File > Open File(s)
2. Festlegen der Schichtdicke (Resolution) und der Füllung (Infill)
3. Klick auf SLICE zum Erstellen der Druckdaten
Nun kann die GCODE-Datei auf einen Datenträger gespeichert werden. Zuvor ist es aber auch noch möglich mit dem PREVIEW-Modus die Druckdaten und die einzelnen Druchschichten zu kontrollieren.
Welche beiden Haupt-Parameter werden für die Erstellung der Datei für einen 3D Drucker festgelegt und wofür stehen diese?
Schichtdicke (Resolution)
Der Parameter Schichtdicke gibt an, welche Höhe eine aufgebrachte Schicht hat. Je dicker eine Schickt ist, umso schneller ist der erstellte Körper fertig. Die Qualität der Oberfläche ist aber nicht so glatt, als wenn man den Körper mit einer geringeren Schichtdicke druckt. Die bessere Oberflächenqualität resultiert aber auch in längeren Druckzeiten.
Füllung (Infill)
Mit Infill wird das innere Muster oder die Dichte des Materials innerhalb des Körpers festgelegt. Gitter- oder Wabenstrukturen werden verwendet um Stabilität zu gewährleisten, ohne das gesamte Objekt massiv auszufüllen. Dies spart nicht nur eine Menge an Material, sondern auch an Druckzeit.
Welche beiden zusätzlichen Optionen kann man beim Drucken von Bauteilen mit sehr kleiner Grundfläche oder überhängenden Bereichen einstellen?
Rand (Adhesion)
Bei Körpern, welche eine sehr kleine Grundfläche haben, empfiehlt es sich um die erste Schicht einen Rand mitaufbrinden zu lassen. Dieser hat meist eine Breite von ca. 5mm. Dadurch ist gewährleistet, dass die erste Schicht gut auf der Druckplatte haften bleibt.
Stützmaterial (Support)
Grundsätzlich sollte man bereits bei der Konstruktion darauf achten, dass es in einem Körper keine überhängenden Stellen gibt, wo der Drucker "in der Luft" beginnen muss, eine Schicht zu erzeugen. Das würde verständlicher Weise nicht funktionieren und zu frei hängenden Kunststofffäden führen.
Lässt sich dies nicht vermeiden, so können während des Drucken des eigentlichen Körpers Stützbereiche mitgedruckt werden, auf die frei hängende Flächen "hinaufgelegt" werden können und die sich im Anschluss leicht ab- oder herausbrechen lassen.
