Die Modellierung für den 3D-Druck stellt einige interessante Herausforderungen dar. FFF (Fused Filament Fabrication) mit seinem Schicht-für-Schicht-Fertigungsprozess kann die Ausrichtung und Geometrie sowohl die Ästhetik als auch die Integrität Ihres fertigen Drucks stark beeinflussen. Darüber hinaus haben verschiedene 3D-Modellierungssoftware unterschiedliche Begriffe und Methoden, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen, daher werden wir einige grundlegende Richtlinien für die Modellierung mit 3D-Druck im Hinterkopf durchgehen.

Eine kleine Einführung zum Finden einer 3D-Modellierungssoftware finden Sie unter Entwurf Ihrer eigenen 3D-Modelle.
Für einen kompletten Kurs zu diesem Thema bieten wir 3D-Modellierung in Autodesk Fusion in unserer Prusa Academy an.

Überhänge und Stützmaterial

Das Wichtigste, was Sie beim Modellieren für den 3D-Druck beachten müssen, ist die Notwendigkeit von Stützmaterial. 3D-Drucker können nicht in der Luft drucken, da jede Schicht über eine andere gelegt werden muss. Berücksichtigen Sie bei der Konstruktion diese Einschränkung und versuchen Sie, steile Überhänge und extreme Winkel zu vermeiden. Kurze horizontale Brücken können jedoch ohne Stützen gedruckt werden.

Ein 3D-Drucker kann sauber überhängende Strukturen mit einem Winkel zwischen 45 und 60 Grad drucken, je nach Düsendurchmesser und Einstellungen.

Unsere FDM-Druckermodelle mit Nextruder und 360°-Kühlung können Überhänge von bis zu 75° ohne Stützen drucken. Diese Modelle sind der MK4S, der CORE One/+ und der CORE One L.

Der Standarddurchmesser für Düsen bei Desktop-3D-Druckern ist 0,4 mm. Bei kleineren Düsen, wie 0,25 mm, kann der Winkel weniger als 45 Grad betragen. Wenn Sie sehr steile Überhänge oder frei schwebende Geometrie in Ihrem Entwurf haben müssen, überlegen Sie, ob dies im Endprodukt sichtbar sein wird, da Flächen über Stützen nicht die gleiche Oberfläche wie eine Seitenwand oder eine obere Füllung haben werden. Sie können abbrechende Stützen einmodellieren oder Ihr Teil in mehrere Teile aufteilen (wird im nächsten Abschnitt erklärt), um eine bessere Ausrichtung zu erreichen.

Schauen wir uns ein Beispiel an - Sie müssen einen Teil eines Zauns entwerfen und es liegt an Ihnen, wie die Pfähle aussehen werden. In den Bildern unten sehen Sie zwei Möglichkeiten, wie Sie einen Zaun entwerfen können, wenn wir ihn in einer vertikalen Position drucken wollen. Die beste Lösung wird hier sein, das Teil horizontal zu drucken.

Aufteilung des Modells in mehrere Teile

Sowohl die visuellen als auch die mechanischen Eigenschaften Ihres Modells können verbessert werden, wenn Sie es in mehrere Teile aufteilen. Auf diese Weise können sie für eine bessere Ausrichtung und Platzierung auf der Druckplattform optimiert werden. Auf diese Weise können Sie die Anzahl der benötigten Stützen minimieren. Die Teile des Objekts können dann zusammengeklebt werden. PrusaSlicer hat ein Schneidewerkzeug um dies zu erleichtern. Sie können auch Meshmixer zum Schneiden der Modelle verwenden.

Wenn Sie die Teile Ihres Objekts zusammenkleben, achten Sie darauf, dass die zu klebenden Oberflächen glatt und frei von Fett oder Schmutz sind, um eine unsichtbare Naht zu erreichen. Die Bügelfunktion in PrusaSlicer kann dabei ebenfalls helfen. Außerdem kann es hilfreich sein, die Oberfläche leicht anzuschleifen, um die Haftung zu erhöhen. Die Notwendigkeit des Schleifens hängt von der Geometrie, der Oberflächenbeschaffenheit und der Art des Klebers ab. Sekundenkleber kann sehr zähflüssig sein, so dass er für raue Oberflächen möglicherweise nicht ideal ist. Er kann auch Spuren von sich selbst hinterlassen. Wenn Sie den richtigen Kleber für Ihr Modell und Material gefunden haben, sollte die Naht stärker sein als der Rest des Materials, aber Sie möchten vielleicht einige Zapfen zur Ausrichtung und Festigkeit einmodellieren.

Bei kleineren Modellen sind die Nähte vom Zusammenkleben der Teile stärker sichtbar als bei größeren Modellen.

Verrundung vs. Fase

Wenn sie zum Druckbett hin ausgerichtet sind, erzeugen Verrundungen einen sehr steilen Überhang, der sich negativ auf die Oberfläche des Objekts auswirkt. Verwenden Sie daher stattdessen die Fase, wenn Sie Wert auf ein perfektes Teilefinish legen. Sie können dies jedoch mit dem Variable Schichthöhenfunktion in PrusaSlicer verbessern.

Die Verwendung einer Fase an den Kanten von zwei Teilen, die ineinander gesteckt werden, kann Ihnen beim Zusammenbau eine Menge Arbeit ersparen.

Wie viele Seiten hat Ihr Zylinder/Kreis?

Bedenken Sie, dass die Modellierungssoftware, die Sie verwenden, Ihnen vielleicht eine Kurve zeigt, aber achten Sie auf die Anzahl der tatsächlich vorhandenen Seiten. Beim Entwurf des Modells kann die visuelle Darstellung durch die Shader der Software geglättet werden, und der Ausdruck kann sich als Polygon und nicht als Kreis herausstellen. Stellen Sie sicher, dass Ihr Modell die richtige Anzahl von Seiten/Flächen hat.

Beachten Sie, wie sich das Aussehen des Teils beim Ändern des Shaders ändert (grüner Pfeil). Beide Bilder sind von der exakt gleichen Geometrie. Das rechte Bild zeigt, wie es gedruckt aussehen wird.

Dünne Wände und minimale Merkmalsgröße

Eine weitere Einschränkung ist der Düsendurchmesser. Die gebräuchlichste Größe und Standarddüsengröße auf MK3S ist 0,4 mm, die in PrusaSlicer eine Extrusionsbreite von 0,45 mm hat. PrusaSlicer kann dies auf vielfältige Weise verbessern. Es kann jedoch ratsam sein, diese Zahlen im Hinterkopf zu behalten, besonders wenn Sie dünne Wände oder winzige Merkmale entwerfen. Wände, die dünner als ein Düsenumlauf sind, sind nicht druckbar.

0,4 mm Düse	Wandstärke
1 Umfang	0,45 mm*
2 Umfänge	0,9 mm*
3 Umfänge	1,35 mm*
4 Umfänge	1,8 mm*

*Diese Angaben sind Näherungswerte und können je nach den Einstellungen des Slicers variieren.

Um die Umfänge zu verbessern, können Sie im PrusaSlicer auf den Reiter Druckeinstellungen - Schichten und Umfänge gehen und die Option "Dünne Wände erkennen" aktivieren. Dadurch werden zwei Pfade zu einer Single-Pass-Extrusion zusammengeführt. Allerdings können Wände, die dünner als ein Umfang sind, auf diese Weise nicht "repariert" werden.

Wandstärke	Ist das druckbar?
Weniger als ein Umfang
Ein Umfang
Mehr als ein Umfang, aber weniger als zwei Umfänge
Mehr als zwei Umfänge

Toleranzen

Wenn Sie Teile modellieren, die zusammenpassen sollen, müssen Sie ein gewisses Maß an Toleranz einkalkulieren. Sie werden wahrscheinlich nicht in der Lage sein, zwei Teile mit Null-Toleranz-Maßen zusammenzustecken. Möglicherweise müssen Sie die Toleranzen anpassen, bis Sie ein optimales Ergebnis erzielen. Es gibt keinen einzigen "universellen" Wert - alles hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die am häufigsten sind:

Größe des Modells
Horizontale oder vertikale Ausrichtung
Die Geometrie der Teile, die ineinandergreifen sollen
Kalibrierung
Einstellungen
Eigenschaften des Materials

Ein Original Prusa wird auf mindestens 0,2 mm genau sein, aber Sie müssen auch bedenken, dass sich verschiedene Materialien während des Drucks verziehen oder schrumpfen können. Überlegen Sie, ob sich zwei Teile bewegen sollen, wie ein Scharnier, oder mit einer Reibungspassung ineinander greifen/einrasten. Ein erstes gutes Maß für bewegliche Teile ist mindestens 0,3 mm.

Das PrusaSlicer-Feature "Elefantenfuß-Kompensation" kann die Toleranzen in einigen Bereichen verbessern. Mehr dazu können Sie hier lesen: Elefantenfußkompensation

Feine Details und Materialbetrachtung

Wenn Sie bestimmte Bedingungen für Ihr Design haben, wie z.B. den Einsatz im Freien oder in einer heißen Umgebung, beeinflusst dies Ihre Materialwahl, was wiederum Ihre Designentscheidungen beeinflussen kann. Kurz gesagt, die Filamenteigenschaften sollten berücksichtigt werden. Um zum Beispiel Designs/Modelle zu erstellen, die im Freien sein müssen oder eine hohe mechanische Beständigkeit haben, sollten diese aus PC, ASA, PETG oder ähnlichem gedruckt werden. Diese Filamente können kleine Details nicht so gut drucken wie PLA. Wenn Sie also ein Teil modellieren, das den Wetterbedingungen im Freien oder mechanischer Beanspruchung standhalten soll, sollten Sie kleine Details vermeiden.

Iterationen Ihres Entwurfs

Sie werden Testdrucke machen müssen, bevor Sie es als endgültig betrachten können. Während Sie Ihr Design entwickeln, bereiten Sie sich darauf vor, Optimierungen und Anpassungen an Ihren Toleranzen und Ihrer Geometrie vorzunehmen. Ein parametrischer Ansatz im CAD hilft immens, aber wenn Sie gerade erst anfangen, versuchen Sie, Ihr Design nicht in Stein zu meißeln und speichern Sie Versionen auf dem Weg, bevor Sie zum Beispiel mehrere Objekte zusammenführen und/oder Löcher/Hohlräume erstellen, die in etwas anderes passen sollten (Subtraktionen).

Orientierung auf dem Druckbett

Eine direkt auf dem Druckbett gedruckte Fläche ist vollkommen eben und glatt, während eine über Stützen gedruckte Fläche eher unregelmäßig und rau aussieht. Das Bild zeigt zu Demonstrationszwecken das Worst-Case-Szenario. Es gibt Möglichkeiten, dies zu entschärfen, aber Oberflächen mit einem geringeren Überhangwinkel sehen auch mit Stützen viel besser aus.

Wie Holz sind FFF-Drucke in einer Richtung stärker als in einer anderen. Daher möchten Sie, dass Strukturteile in einer Ausrichtung gedruckt werden, die ihre strukturelle Integrität optimiert.

Stellen Sie sicher, dass es eine Hülle/solide ist

Das zu druckende Modell muss solide sein oder eine "mannigfaltige Geometrie" haben. Dies ist eine Geometrie, die in der 3-dimensionalen realen Welt existieren kann. Wenn ein Modell Löcher auf der Oberfläche oder in der internen Geometrie hat, kann das Teil nicht gesliced werden.

Die meisten Konstruktionsprogramme verfügen über eine Funktion, die diesen Fehler unter verschiedenen Begriffen wie "make manifold" oder "Löcher kappen" behebt. Diese Optionen löschen meist überflüssige Flächen, Kanten und Scheitelpunkte und reparieren oder erstellen Flächen, wo sie fehlen. Sie können auch unseren Leitfaden über Beschädigte 3D-Modelle zum Drucken einsehen.

Multi-Material-Druck und Dual-Extruder

Damit ein Modell mit einem Drucker gedruckt werden kann, der den Multimaterialdruck unterstützt, wie z.B. unser MMU3 oder unser XL in der Multi-Tool-Version, können mehrere Methoden für seine Modellierung verwendet werden.

Dies ist möglich, indem jedes Netz in einer separaten 3D-Datei (stl, obj) gespeichert wird. Sie können auch mehrere Netze in einer amf- oder 3mf-Datei haben. PrusaSlicer weist jedem unterschiedlichen Netz eine andere Farbe zu. Wenn Sie jedes Netz in einer anderen Datei haben, müssen Sie alle zur gleichen Zeit importieren. Wir haben bereits erwähnt,wie Sie ein Modell als Hülle oder solide erstellen. In diesem Fall müssen Sie jedes Teil des Ganzen als Hülle/Körper erstellen.

Es ist möglich, ein einziges Netz zu haben und es mit Meshmixer aufzuteilen, aber es kann ein sehr langer und mühsamer Prozess sein. Daher kann es hilfreich sein, dies während des Entwurfsprozesses im Hinterkopf zu behalten.

Zu den neueren Methoden gehören Multi Material Bemalung sowie die Verwendung von Veränderer in Kombination mit der Neuzuweisung von Werkzeugen für den Modifizierer.

Verwendung von PrusaSlicer für bestimmte Elemente

Schauen Sie sich an, wie Sie mit PrusaSlicer arbeiten können.

Wie bereits im Abschnitt über die Ausrichtung des Drucks erwähnt, kann vieles im PrusaSlicer erledigt werden, nachdem der Modellierungsprozess in Ihrer Modellierungs-/CAD-Software abgeschlossen ist. Einige Vorgänge können schneller im Slicer erledigt werden, als Ihr Modell zu bearbeiten, um es dann wieder zu exportieren oder wenn Sie keinen Zugriff auf die ursprünglichen Projektdateien haben.

Sie können den PrusaSlicer für kleine Änderungen am Modell verwenden. Sie können Modifizier-Netze verwenden, um Muster auf dem Modell zu erstellen. Sie können auch Teile der Geometrie hinzufügen oder entfernen.

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3D Modelle

Modellierung mit Blick auf 3D-Druck