3D Druck Qualität verbessern und Probleme beseitigen

/// 3D Druck News am 27. October 2021///

In diesem Beitrag soll es darum gehen, wie typische Probleme und Fehler beim 3D Druck behoben werden können, um eine höhere Qualität zu erreichen. Denn wer möchte nicht mit perfekt hergestellten Modellen beeindrucken. Häufig lassen sich viele Probleme mit einfachen Handgriffen beheben. Viel Spaß mit den Tipps und Tricks.

3D Druck Beispiels schlechte Druckplattenhaftung

 

Haftung auf dem Druckbett

Die Grundlage für eine hohe Qualität des 3D-Drucks ist eine gute Haftung. Fällt das Modell wegen der mangelhaften Haftung von der Druckplatte, lässt sich das Modell leider nicht mehr retten. Doch wie lässt sich dieses häufige Problem beim 3D Druck beheben?

Zunächst ist es wichtig, dass der 3D-Drucker korrekt gelevelt wird. Bei Desktop 3D-Druckern nimmt man hierzu ein dünnes Stück Papier (z. B. einen Kassenzettel) und führt den Druckkopf so nah an das Druckbett heran, dass sich der Zettel mit etwas Widerstand herausziehen lässt. Bei manchen Druckplatten kommt es jedoch zu einer Wölbung/Schüsselform. D. h. die Randbereiche sind weiter oben als der mittlere Bereich. So kann im schlimmsten Fall der Druckkopf am Rand die Oberfläche beschädigen und in der Mitte haftet das Filament gar nicht. In diesem Fall sind die Fixierschrauben der Druckplatte zu fest, so dass sich das Material beim Erwärmen nicht in der Fläche ausdehnen kann, sondern eine Wölbung einnimmt.

Bei großen 3D-Druckern gibt es häufig ein mehrpunkt Levelsystem. Hier werden mehrere Bereiche des Druckbetts abgetastet, so dass auch unterschiedlich hohe Bereiche des Druckbetts berücksichtigt werden können (siehe Video).

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Temperatur der Druckplattform. Je höher diese ist, desto besser kann der Kunststoff auf der Oberfläche haften. Hier muss je nach Material und Modell eine ideale Einstellung gefunden werden. Während beispielsweise für Modelle mit einer großen Grundfläche eine niedrige Temperatur von z. B. 40°C ideal sein kann, so bräuchte man für Modelle mit kleiner Grundfläche eine höhere Temperatur von z. B. 60°C. 40°C ist für Modelle mit großer Grundfläche ideal, damit sie sich nach dem Druck leicht lösen lassen. 60°C sorgen für eine zu hohe Haftung bei großen Modellen. Bei kleinen Modellen jedoch wären 60°C besser, damit diese nicht währen des Drucks von der Bauplattform gerissen werden.

Auch das regelmäßige Entfetten der Druckplatte ist wichtig. Denn Schmutz kann dafür sorgen, dass die Haftung nicht ausreichend hoch ist. Zur Reinigung eignet sich beispielsweise Isopropanol. Für manche Einsätze kann sich ein spezieller Haftkleber für Filamente eignen.

Zudem sollte für die erste Schicht eine geringe Druckgeschwindigkeit gewählt werden. Denn so ist sichergestellt, dass sich das Material gut mit der Oberfläche verbindet und angedrückt wird. Eine zu hohe Druckgeschwindigkeit in der ersten Schicht kann dazu führen, dass die Grenzschicht zu klein ist und das Modell nicht richtig haftet. Als ideale Druckgeschwindigkeit für die erste Schicht hat sich 15-25mm/Sek bewährt.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist eine ausreichend große Grundfläche des Modells. Hat ein Modell nur sehr kleine Bereiche, die das Druckbett berühren, sollte ein Brim oder Raft (ein art Fundament) im Slicer ausgewählt werden.

Das folgende Video zeigt, wie eine gut haftende erste Druckschicht aussehen kann:

 

Beseitigung eines Elefantenfußes

Beim Elefantenfuß handelt es sich um die erste Schicht, die sich nach außen wölbt. Hierbei bildet sich an der ersten Schicht ein Grat. Ursache hierfür kann ein zu heißes Druckbett sein. Das Filament wird dabei zu flüssig und läuft etwas über den zu druckenden Bereich hinaus. Die Temperatur des Druckbetts sollte hierbei abgesenkt werden. Entsprechende Tabellen geben Orientierung zur Einstellung der richtigen Temperatur.

Ein weiterer Grund ist, wenn die Druckdüse zu nah am Druckbett ist. Da die Extrusionsgeschwindigkeit bei einem zu geringen Abstand unverändert ist, sucht sich das Material einen weg zwischen Düse und Druckplatte, wodurch es zur Seite herausgequetscht wird. Die Lösung ist einfach: Der Drucker sollte in diesem Fall nochmal gelevelt oder justiert werden.

 

Beseitigung von Stringing

Unter Stringing versteht man das Ziehen von Fäden während des 3D-Drucks. Die Ursache des Stringings besteht im unkontrollierten Filamentausfluss, während der Druckkopf eine neue Position einnimmt. Mehrere Ursachen können – auch in Kombination – zum Stringing führen:

Schlechte Belüftung der Druckdüse: Das Grundprinzip des 3D-Drucks ist einfach: Dort wo das Modell gedruckt wird, muss der Kunststoff flüssig aufgetragen werden und sofort erstarren. Durch eine Lüftung an der Druckdüse wird die Temperatur des Kunststoffs unter den Schmelzpunkt gebracht. Ist die Lüftung zu schwach eingestellt oder der Luftstrom behindert, so wird der Kunststoff nicht schnell genug zum Erstarren gebracht. Dabei kann es auch wichtig sein, dass die Lüftung rund um die Düse erfolgen sollte. Bei günstigen Druckern erfolgt die Lüftung häufig nur von einer Seite der Druckdüse, so dass die gegenüberliegende Seite des Filaments nicht ausreichend gekühlt wird, da diese im Windschatten liegt.

Zudem kann eine zu hohe Düsentemperatur zu Stringing führen. Dabei schafft es die Düsenkühlung nicht, den Kunststoff in der kurzen Zeit ausreichen zu kühlen und das Filament fließt unkontrolliert aus der Düse heraus.

Der vermutlich häufigste Grund für Strining ist zu wenig Retract. Bei der Positionsänderung der Druckdüse wird das Filament ein Stück zurückgezogen, damit es nicht herausfließt. Ist der Retract zu klein, so fließt noch zu viel Material aus der Düse. Hierbei gilt es jedoch die unterschiedlichen Extrudertechnologien zu berücksichtigen: Bei einem Bowden-Extruder wird das Filament außerhalb des Bauraums über einen Schlauch in den Druckkopf geschoben. Innerhalb dieses Schlauchs kann sich das Filament etwas verformen, so dass mehr Retract benötigt wird. Bei einem Direktextruder wird das Filament direkt oberhalb der Druckdüse angetrieben. Hier ist weniger Retract notwendig, da es weniger Latenz gibt.

Meistens entstehen trotz sehr guter Einstellungen dennoch feine Fäden. Diese lassen sich aber einfach vom 3D Druck entfernen und das Problem ist gelöst.

 

Support und Stützen

Wann immer es Bereiche in einem 3D-Modell gibt, welche nicht direkt „auf das Druckbett schauen“, so werden Stützstrukturen benötigt, damit das Filament beim Drucken nicht durchhängt. Damit sich die Stützstrukturen nach dem Druck einfach entfernen lassen, werden die Stützstrukturen mit einem kleinen Abstand zum Modell gedruckt.

Bei den Stützstrukturen unterscheidet man zwischen Baumstruktur und laminaren Strukturen. Laminare Stützstrukturen sind dünne Wände, die sich einfach herauslösen lassen. Sie eigenen sich vor allem für größere Flächen, die für den Druck für die notwendige Unterstützung sorgen.

Bei den Stützstrukturen in einer Baumstruktur wird eine art Verästelung gebaut, welche nach dem 3D-Druck einfach vom Modell abgebrochen werden kann. Die Baumstruktur wird in der Regel dann eingesetzt, wenn der zu unterstützende Bereich punktuell ist (z. B. das hervorstehende Kinn einer Büste).

Für den Druck der Stützstrukturen ist es manchmal hilfreich ein Raft oder Brim zu drucken, so dass sich die Struktur mit ihrer sehr kleinen Grundfläche nicht vom Druckbett löst.

 

Ghosting beseitigen

Unter Ghosting versteht man bei glatten Oberflächen eine art Wellenstruktur, die sich durch den 3D-Druck abbildet. Dies ist vor allem für großflächige und glatte 3D Drucke ein Kriterium für hohe Qualität.

Häufige Ursache von Ghosting kann eine sehr hohe Druckgeschwindigkeit sein. Dies ist meist bei Bauteilentwürfen der Fall, die schnell und in einer geringeren Qualität gedruckt werden und nur einen optischen Eindruck vermitteln sollen.

Ein weiterer Grund für das Ghosting kann eine zu dünne Wandstärke sein, so dass sich das Infill auf der Außenhaut des 3D-Modells abzeichnet. Es sollten mindestens 2 Außenwände gedruckt werden.

3D Druck Ghosting

 

Blobs und Bumps (Pickel)

Pickel entstehen häufig dann bei einem 3D-Druck, wenn die Düse eine neue Position anfährt und währenddessen etwas Kunststoff aus dem Druckkopf austritt. Um das 3D Druck Problem zu lösen kann es hilfreich sein, den Retract zu erhöhen oder die Drucktemperatur zu senken, um das Material besser in der Düse zu halten. Diese Art von Fehler oder Qualität fällt besonders bei noch nicht optimal eingestellten 3D Druckern auf.

Häufig entstehen an einer Modellseite eine art „Schweißnaht“, da hier der Druckkopf für die jeweilige Schicht die Arbeit beendet und eine ebene darüber neu Ansetzt, um die nächste Ebene zu drucken. Sollte diese Naht stören, so dann die Oberfläche vorsichtig mit Schleifpapier bearbeitet werden. Der Schleifstaub lässt sich mit Wasser abwaschen und ein kurzes Beflammen mit dem Feuerzeug hilft, den Bereich wieder zu glätten (bitte hier Vorsicht walten lassen. Nur schnelle Bewegungen verhindern ein erneutes Aufschmelzen des Modells).

 

Überextrusion

Bei einer Überextrusion wird zu viel Material gefördert. Das kann dazu führen, dass die Oberfläche des Bauteils uneben wird bzw. Rillen ausbildet. Häufigstes Problem der Überextrusion ist eine zu hoch eingestellte Flussrate, bei der zu viel Material extrudiert wird.

Ein weiteres Problem kann ein zu hoher Infill sein. Dabei hat das Material vor allem in der Deckschicht keinen Platz um weiter nach unten gedrückt zu werden und wird so seitlich in der Druckbahn herausgedrückt.

3D Druck Überextrusion

 

Unterextrusion und Lücken

Die Ursachen für eine Unterextrusion in der additiven Fertigung können sehr vielfältig sein.

Eine mögliche Ursache kann eine zu hohe Druckgeschwindigkeit sein. Dabei wird für die vorgegebene Geschwindigkeit nicht ausreichend viel Material zum Druckkopf befördert oder die Zeit zum Aufschmelzen des Materials reicht nicht aus, so dass es zur Verstopfung kommt.

Ein weiteres 3D Druck Problem kann eine falsche Wicklung der Filamentspule sein. Beim Aufwickeln einer Spule kann es manchmal vorkommen, dass der Faden unkontrolliert zur Spule springt und dann unter einen anderen Filamentstrang rutscht. Beim nächste 3D-Druck hat man so einen Knoten, der ein weiteres Abrollen der Spule verhindert.

Leider ein sehr bekanntes 3D Druck Problem sind verstopfte Düsen: Reste eines anderen Materials (z. B. der Materialwechsel von ABS zu PLA) können ein Problem darstellen, da ABS einen höheren Schmelzpunkt besitzt. Wechselt man zu PLA, so hat man unter Umständen Reste von ABS im Druckkopf, welche nicht aufschmelzen. Hierbei kann ein Reinigungsfilament helfen oder ein „Durchspülen“ der Düse mit dem niedrigen schmelzenden Kunststoff (z. B. PLA) zu einer Temperatur, bei der auch das ABS schmelzen würde (z. B. PLA bei 220°C extrudieren, bis das reine PLA herauskommt).

Eine weitere Ursache der Unterextrusion durch eine verstopfte Düse könnte sein, wenn PLA in einem geschlossenen Druckraum gedruckt wird. Ist die Temperatur des Druckbetts sehr hoch (z. B. 70°C) und kann der Kühlkörper des Druckkopfs nur noch mit dieser sehr warmen Umgebungsluft „gekühlt“ werden, so kann der Kunststoff bereits im PTFE-Schlauch (Teflonschlauch) teilweise aufschmelzen und sich verkleben.

Als weiteres Problem der Unterextrusion kann eine zu geringe Drucktemperatur sein, so dass sich der Kunststoff nicht ausreichend erwärmt und im Druckkopf stecken bleibt.

3D Druck Unterextrusion

 

Stufen und Versatz

Stufen und Versatze im 3D-Druck haben meist ihre Ursache in einer defekten Mechanik des Druckers. Als Ursache kommen Beschädigungen der Achsen oder Spindeln in Frage. Durch Verzug der Führungsschiene oder fehlende Fettung können fehlerhafte Drucke entstehen.

Als weitere Ursache von Stufen kann ein rutschender Riemen sein. Der Riemen muss stehts gespannt und nicht verschmutzt sein (z. B. Fremdkörper im Ritzel).

 

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