Tipps für den Einstieg in den 3D-Druck: Kunststoffteile selbst produzieren
Der 3D-Druck wird auch in der Landtechnik beliebter. Wir geben Ihnen einen Einblick und erklären, was es auf dem Weg zum fertigen Bauteil zu beachten gilt.
Im Modellbau und in Entwicklungsabteilungen ist der 3D-Druck nicht mehr wegzudenken. Die Technik bietet die Möglichkeit, Kunststoffbauteile schnell und ohne das Anfertigen von Formen zu produzieren. Da die Geräte mittlerweile erschwinglich sind, halten die Drucker auch in immer mehr Werkstätten Einzug. Welche Möglichkeiten der 3D-Druck in der Landtechnik bietet, zeigt eindrucksvoll der in profi 11/2021 veröffentlichte Tuning-Beitrag mit Ihren Ideen. Für diejenigen, die damit noch wenig Erfahrungen haben, stellen wir in diesem Beitrag unterschiedliche Druckmethoden sowie die Herangehensweise vor.
Unterstützung bekamen wir von Hans-Peter Jebe aus Büsum an der Nordsee. Der Modellbauer hat jahrelange Erfahrung mit unterschiedlichen 3D-Druckverfahren und erklärte uns einige Kniffe.
3D-Druck: Geläufige Druckverfahren
Die Drucktechnologie entwickelt sich stetig weiter. Im privaten Gebrauch findet man vor allem die sogenannten FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling). Hierbei besteht das Filament, also das Rohmaterial für den Druck, aus einer langen Kunststofffaser. Diese wird zum Druckkopf geleitet, dort erhitzt und dann über eine Düse Schicht für Schicht auf die Trägerplatte, auch Druckbett genannt, aufgetragen. Bauteile aus diesem Verfahren weisen die bekannte, leicht raue Oberfläche auf.
Eine weitere Form des 3D-Drucks ist die Stereolithografie. Bei diesem Verfahren entstehen die Bauteile kopfüber in einem Bad aus lichtempfindlichem Resin. Dabei handelt es sich um ein Kunstharz, das bei der Bestrahlung mit UV-Licht erhärtet. Unter dem Bad befindet sich ein hochauflösendes Display (DLP-Drucker) oder ein Laser (SLA-Drucker). Diese beleuchteten die entsprechenden Konturen. Auf einer Trägerfolie entsteht so das Bauteil, das schrittweise nach oben aus dem Resinbad herausgezogen wird.
Ein Vorteil dieser Drucktechnik ist, dass die Bauteile sehr glatte Oberflächen aufweisen. Auf der anderen Seite ist dieses Druckverfahren für den Heimgebrauch noch nicht sehr geläufig und es kommt laut Jebe häufiger zu Fehldrucken. Wer sich einen Resindrucker zulegt, sollte also Erfahrungen im 3D-Druck besitzen.
Es gibt noch weitere 3D-Druckverfahren, die jedoch vorrangig in der Industrie Anwendung finden und z. B. auch das Drucken von Metallteilen ermöglichen.
Wichtige Funktionen
Im weiteren Beitrag konzentrieren wir uns auf FDM-Drucker. Generell sollte beim Kauf nicht auf den letzten Cent geachtet werden, da vor allem neuere Modelle ein paar Vorteile bieten, die den Einstieg erleichtern und bessere Ergebnisse ermöglichen.
Ein Beispiel hierfür ist das automatische Ausrichten (Leveln) des Druckbetts. Dieses muss immer exakt gerade unter dem Druckkopf ausgerichtet sein. Bei älteren und günstigeren Modellen erfolgt dies meistens per Hand. Sie müssen also den Abstand zwischen Druckdüse und Druckbett an mehreren Stellen messen oder mit einer Lehre bestimmen und bei Abweichungen ggf. über kleine Rändelschrauben unter dem Druckbett korrigieren. Ansonsten kann es zu Fehldrucken kommen, da die Bauteile nicht richtig am Druckbett haften und sich verschieben. Häufig druckt die Düse dann in der Luft weiter und produziert Fäden.
Neuere und höherwertige Drucker besitzen einen Taster am Druckkopf, der den Abstand an mehreren Stellen misst und automatisch kalibriert. Eine sinnvolle Option, auf die Sie achten sollten.
Praktisch ist zudem, wenn das Gerät autark betrieben werden kann. Die Druckdatei wird per SD-Speicherkarte an die Steuerung übermittelt. Die wichtigsten Einstellungen und die Bedienung erfolgen über ein separates Touch-Display....
Im Modellbau und in Entwicklungsabteilungen ist der 3D-Druck nicht mehr wegzudenken. Die Technik bietet die Möglichkeit, Kunststoffbauteile schnell und ohne das Anfertigen von Formen zu produzieren. Da die Geräte mittlerweile erschwinglich sind, halten die Drucker auch in immer mehr Werkstätten Einzug. Welche Möglichkeiten der 3D-Druck in der Landtechnik bietet, zeigt eindrucksvoll der in profi 11/2021 veröffentlichte Tuning-Beitrag mit Ihren Ideen. Für diejenigen, die damit noch wenig Erfahrungen haben, stellen wir in diesem Beitrag unterschiedliche Druckmethoden sowie die Herangehensweise vor.
Unterstützung bekamen wir von Hans-Peter Jebe aus Büsum an der Nordsee. Der Modellbauer hat jahrelange Erfahrung mit unterschiedlichen 3D-Druckverfahren und erklärte uns einige Kniffe.
3D-Druck: Geläufige Druckverfahren
Die Drucktechnologie entwickelt sich stetig weiter. Im privaten Gebrauch findet man vor allem die sogenannten FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling). Hierbei besteht das Filament, also das Rohmaterial für den Druck, aus einer langen Kunststofffaser. Diese wird zum Druckkopf geleitet, dort erhitzt und dann über eine Düse Schicht für Schicht auf die Trägerplatte, auch Druckbett genannt, aufgetragen. Bauteile aus diesem Verfahren weisen die bekannte, leicht raue Oberfläche auf.
Eine weitere Form des 3D-Drucks ist die Stereolithografie. Bei diesem Verfahren entstehen die Bauteile kopfüber in einem Bad aus lichtempfindlichem Resin. Dabei handelt es sich um ein Kunstharz, das bei der Bestrahlung mit UV-Licht erhärtet. Unter dem Bad befindet sich ein hochauflösendes Display (DLP-Drucker) oder ein Laser (SLA-Drucker). Diese beleuchteten die entsprechenden Konturen. Auf einer Trägerfolie entsteht so das Bauteil, das schrittweise nach oben aus dem Resinbad herausgezogen wird.
Ein Vorteil dieser Drucktechnik ist, dass die Bauteile sehr glatte Oberflächen aufweisen. Auf der anderen Seite ist dieses Druckverfahren für den Heimgebrauch noch nicht sehr geläufig und es kommt laut Jebe häufiger zu Fehldrucken. Wer sich einen Resindrucker zulegt, sollte also Erfahrungen im 3D-Druck besitzen.
Es gibt noch weitere 3D-Druckverfahren, die jedoch vorrangig in der Industrie Anwendung finden und z. B. auch das Drucken von Metallteilen ermöglichen.
Wichtige Funktionen
Im weiteren Beitrag konzentrieren wir uns auf FDM-Drucker. Generell sollte beim Kauf nicht auf den letzten Cent geachtet werden, da vor allem neuere Modelle ein paar Vorteile bieten, die den Einstieg erleichtern und bessere Ergebnisse ermöglichen.
Ein Beispiel hierfür ist das automatische Ausrichten (Leveln) des Druckbetts. Dieses muss immer exakt gerade unter dem Druckkopf ausgerichtet sein. Bei älteren und günstigeren Modellen erfolgt dies meistens per Hand. Sie müssen also den Abstand zwischen Druckdüse und Druckbett an mehreren Stellen messen oder mit einer Lehre bestimmen und bei Abweichungen ggf. über kleine Rändelschrauben unter dem Druckbett korrigieren. Ansonsten kann es zu Fehldrucken kommen, da die Bauteile nicht richtig am Druckbett haften und sich verschieben. Häufig druckt die Düse dann in der Luft weiter und produziert Fäden.
Neuere und höherwertige Drucker besitzen einen Taster am Druckkopf, der den Abstand an mehreren Stellen misst und automatisch kalibriert. Eine sinnvolle Option, auf die Sie achten sollten.
Praktisch ist zudem, wenn das Gerät autark betrieben werden kann. Die Druckdatei wird per SD-Speicherkarte an die Steuerung übermittelt. Die wichtigsten Einstellungen und die Bedienung erfolgen über ein separates Touch-Display. Der Drucker kann so ohne laufenden PC betrieben werden, was sich vor allem auf den Stromverbrauch positiv auswirkt. Apropos Stromverbrauch: Dieser liegt je nach Drucker-Modell und -einstellungen bei etwa 70 bis 150 Watt pro Stunde.
Beachten Sie zudem, welche Materialien Sie drucken möchten. Hier gibt es große Unterschiede bei den möglichen Einstellungen. So unterscheiden sich die maximalen Druckkopftemperaturen schnell um 50 °C zwischen einem mittelpreisigen und einem hochpreisigen Gerät. Genauso sieht es bei der minimalen Druckauflösung aus: Eine minimale Druckschichtstärke von 0,1 mm ist gut, 0,05 mm ist hingegen für detaillierte Teile besser.
Abhängig vom Filament müssen Sie die passenden Einstellungen am Drucker vornehmen (Kasten: Tipps für die Druckereinstellung). Die am häufigsten verwendeten Kunststoffe im Modellbau sind Polylactide, abgekürzt PLA.
Da PLA schon bei etwa 60 °C weich wird, ist die Anwendung im 3D-Drucker recht einfach. Allerdings mangelt es hierdurch an Stabilität bei höheren Umgebungstemperaturen, wie sie beispielsweise in einer Schlepperkabine im Sommer oder in der Nähe des Motors vorkommen können.
Für solche Anwendungen empfiehlt sich der Kunststoff Polyethylenterephthalat (PETG). Dieser Kunststoff ist ein für den 3D-Druck mit Glykol modifiziertes PET, das Sie von Kunststoffflaschen kennen. Es ist temperaturbeständiger als PLA, bedarf aber mehr Erfahrung bei den Druckeinstellungen.
Druckkopf- und Druckbetttemperatur: Für PLA empfiehlt sich 230 °C (Kopf) und 65 °C (Bett). Häufig sind die Angaben auch auf der Filamentverpackung und auf der Internetseite des Druckerherstellers zu finden.
Druckgeschwindigkeit: Je schneller der Drucker arbeiten soll, umso höher ist die Fehlerquote. Der Fachmann empfiehlt je nach Modell etwa 70 % der Maximalgeschwindigkeit.
Druckauflösung: Je geringer die Druckschicht ist, umso feiner ist das Bauteil. Wir verwenden die minimale Schichtstärke von 0,1 mm beim Anycubic Vyper. Bei teureren Geräten können diese noch weiter minimiert werden, beim Vyper sind hierfür Umbauten notwendig.
Kühler: Ein kleines Gebläse kühlt die gedruckte Schicht herunter, damit sie nicht verläuft. Ist die Kühlung zu stark, verbinden sich die Schichten schlecht. Hier ist Ausprobieren angesagt.
Vorschub: Mit dem Programm Cura können Sie den Vorschub des Geräts kalibrieren. Hierzu fahren Sie 10 cm Filament heraus und prüfen die tatsächliche Länge. Nützliche Tipps finden Sie zudem in diversen Internetforen.
Für besondere Ansprüche
Noch robuster ist Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS). Dieser Kunststoff wird im professionellen 3D-Druck für mechanisch belastete Teile wie z. B. Ritzel eingesetzt. Um dieses Filament zu drucken, muss neben den richtigen Drucktemperaturen auch auf Zugluft besonders geachtet werden. Erfahrene Anwender bauen sich deshalb Gehäuse um ihre Drucker, bzw. kaufen sich direkt ein Gerät mit geschlossenem Gehäuse.
Ebenfalls gibt es die Möglichkeit, flexible Filamente, wie Thermoplastisches Polyurethan (TPU) zu verarbeiten. Hiermit ist beispielsweise der Druck verschiedener flexibler Dichtungen möglich. Allerdings stellen diese Filamente hohe Anforderungen an den verwendeten Drucker. So sollte der Fördermotor für das Filament bestenfalls direkt am Druckkopf befestigt sein, um einem Materialstau in der Zuführleitung zu umgehen. Solche Geräte nennen sich auch Direktextruder.
Auch der 3D-Druck bedarf Erfahrung im Umgang mit den Geräten sowie mit den Zeichenprogrammen. Für Einsteiger gibt es vorgefertigte Konstruktionen, die sich teils kostenlos im Internet herunterladen lassen. Beispiele hierfür sind die Internetseiten thingiverse.com, myminifactory.com oder cults3d.com. Ebenfalls bieten unzählige Internetforen sowie Chatgruppen viele Anregungen, die einem beim Einstieg in den 3D-Druck helfen, z. B. beim Eigenbau eines Lenksystems.
FDM-Drucker sind bereits ab ca. 150 Euro zu bekommen. Jedoch empfiehlt es sich für Einsteiger, mehr Geld in die Hand zu nehmen und wenigstens ein Gerät mit automatischer Level-Funktion zu kaufen. Der Anycubic Vyper kostet z. B. 355 Euro (alle Preise inkl. Mehrwertsteuer). Rund 770 Euro fallen hingegen für den Prusa i3 MK3S+ an. Hierbei handelt es sich um einen Direktextruder, der mehr Einstellungen und damit mehr Flexibilität bietet als der Vyper und sich auch für anspruchsvollere Materialien eignet.
Von der Zeichnung zum fertigen Druck
In diesem Beispiel konstruieren wir eine kleine Umlenkrolle für einen Gummiriemen. Wir nutzen das Konstruktionsprogramm (3D-CAD-Programm) Autodesk Fusion 360. Allerdings lässt sich auch jedes andere 3D-Konstruktionsprogramm verwenden, welches das Dateiformat stl. ausgibt. Gegebenenfalls muss eine Lizenz erworben werden, wobei einige Anbieter eine kostenlose Test- oder Studentenversion anbieten.
