How to use…?! 3D-Druck in der Praxis

Wie fertigt man ohne großen Zeit- und Kostenaufwand, aber dennoch präzise ein Bauteil? Einfach zum Testen der Funktion oder einer besonderen Geometrie? In der heutigen Zeit liegt die Antwort dieser Frage ganz klar auf der Hand: Der 3D-Druck! Nie zuvor war es möglich Objekte so leicht und schnell, aber vor allem kostengünstig, Objekte und Bauteile zu fertigen. Kostengünstig? Ja, ok die Erstanschaffung ist eine Investition, aber mittlerweile gibt es eine immens große Auswahl an 3D-Druckern in den verschiedensten Preiskategorien. Da findet sich für jederman, ob für Privatpersonen oder Unternehmen, ein geeignetes Modell. Googelt man beispielsweise den Begriff „3D-Drucker“ finden sich etliche Modelle um die 200€.

Durch das Einstellen verschiedener Füllungen für ein Objekt lassen sich Gewicht, Flexibilität und Stabilität beliebig auswählen. So ist es beispielsweise möglich  Klemmen mit hoher Stabilität zu fertigen. Selbstverständlich spielt hier auch die Auswahl des Druckmaterials eine Rolle. Üblich sind PLA (Polyactide) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) für 3D-Drucker. Beide Materialien erhält man online oder im entsprechenden Fachhandel des Vertrauens bereits ab 25€ pro kg.

Hinzu kommt: Während der 3D-Drucker die ganze Arbeit des Fertigens erledigt, kann man sich bereits der nächsten anstehenden Aufgabe widmen. Es lohnt sich also einen Blick auf 3D-Drucker zu werfen. Als Beweis wie einfach das Fertigen eines Bauteils tatsächlich sein kann hier eine kurze Anleitung zum Drucken eines Objektes. Verwendet wurde hier der 3D-Drucker „Ultimaker 2“ der Firma Ultimaker.

 

Anleigung zum Drucken eines Objektes im 3D-Drucker

Zum Drucken eines Objektes im 3D-Drucker wird zunächst eine Software benätigt. Hier wurde das Programm „Cura“ verwendet, welche von der Firma Ultimaker zur Verfügung gestellet wird. Mithilfe der Software lässt sich bestimmen, an welcher Stelle der 3D-Druck im Drucker positioniert und in welcher Ausrichtung das Objekt gedruckt werden soll. Die Software erstellt eine Datei, die mittels SD-Card direkt an den Drucker übergeben werden kann. Die Datei kann dann am 3D-Drucker ausgewählt und gedruckt werden.

Das zu druckende Objekt muss zuvor im -.STL Format vorliegen. Ist dies der Fall kann die Software „Cura“ gestartet werden. Hier muss gegebenenfalls zunächst angegeben werden, welcher Drucker verwendet wird. In diesem Fall handelt es sich um den „Ultimaker 2“(siehe folgende Abbildung).

 

Im Anschluss öffnet sich der Startbildschirm des Programms, siehe folgende Abbildung.

Links oben befindet sich eine dunkel blaue Menüleiste, auf die weiter unten genauer eingegangen wird (1). In der Mitte wird eine Vorschau auf den Bereich des 3D-Druckers gezeigt, in dem das Objekt später gedruckt wird (2). Im rechten, oberen Bereich des Fensters lassen sich druckerspezifische Eigenschaften einstellen (3). Hier kann unter anderem die Füllung des 3D-Druckes angegeben werden. Hier kann zwischen kompletter Ausfüllung, dichtem oder leichter Füllung oder einem Hohlkörper ausgewählt werden (in folgender Abbildung gelb unterlegt).

Im rechten, unteren Bereich werden Informationen zum 3D-Druck angegeben. Hier kann die Datei für den 3D-Drucker gespeichert werden.

Als nächstes muss die Datei geöffnet werden, die das zu druckende Objekt enthält (in folgender Abbildung gelb unterlegt).

Es öffnet sich ein Fenster in dem die entsprechende Datei ausgewählt und geöffnet werden kann.

Das Objekt ist nach dem Öffnen in der Vorschau des 3D-Druckers platziert (vgl. Abbildung unten).

Ist an der Tastatur „Num“ nicht aktiv, kann die Ansicht des 3D-Druckers mit den Tasten 8 bzw. 2 und 4 bzw. 6 gedreht werden. Die Ansicht kann außerdem mit dem Mausrad gezoomt werden.

Mit der Menüleiste (siehe folgende Abbildung) kann das Objekt im 3D-Drucker verschoben (1), skaliert (2), rotiert (3) und gespiegelt (4) werden.

Um einer der Aktionen auszuführen muss zuerst das Objekt durch Anklicken aktiviert werden, danach kann der Befehl ausgewählt werden. Folgende Abbildung zeigt das Fenster, wenn der Befehl ‚verschieben‘ (1) aktiv ist.

Sind die Werte x (rot) und y (grün) beide auf null gesetzt, dann sitzt das Bauteil genau in der Mitte des 3D-Druckbereiches. Der Wert z (blau) wird vom Programm automatisch so gesetzt, dass der unterste Punkt oder die unterste Oberfläche des Bauteils auf der Auflagefläche des 3D-Druckers liegt.

Die Koordinaten in x- und y-Richtung lassen sich eingeben, man kann das Bauteil allerdings auch manuell in der Vorschau verschieben.

Folgende Abbildung zeigt das Fenster, wenn der Befehl ‚skalieren‘ (2) aktiv ist.

Um ein Bauteil im Maßstab 1:1 zu drucken, muss die Skalierung in jeder Koordinatenrichtung auf 100% ( auf oberer Abbildung gelb markiert) eingestellt werden.  Je nachdem mit welchem Programm die zu druckende .STL-Datei erzeugt wurde, muss die Skalierung unter Umständen auf 1000% angepasst werden, wie beispielsweise bei Dateien, die mit Inventor erzeugt wurden.

Folgende Abbildung zeigt das Fenster, wenn der Befehl ‚rotieren‘ (3) aktiv ist.

Das Objekt kann hier mithilfe des Cursors um seine Koordinatenachsen gedreht werden. Drückt man den Button (1) werden alle Rotationen gelöscht. Wird der Button (2) gedrückt, wird das Objekt so ausgerichtet, dass die rot markierte Fläche auf der Auflagefläche des 3D-Druckers liegt. Das Programm markiert automatisch die Oberfläche des Objektes rot, die der Auflagefläche im 3D-Drucker am nächsten liegt. Hier sollte darauf geachtet werden, wie der 3D-Druck am Besten für den Drucker auszuführen ist.

Folgende Abbildung zeigt den rechten, unteren Bereich (4) des Fensters.

Hier wird der Name der Datei angezeigt, die später am Drucker ausgewählt werden muss. Der Dateiname kann hier außerdem verändert werden. Des weiteren werden die Abmessungen des zu druckenden Objektes angegeben, sowie die Dauer des Druckes.

Die Datei muss nun auf einer SD-Card gespeichert werden. Hierzu klickt man den Button ‚Save to File‘ und wählt den entsprechenden Pfad aus. Anschließend muss die SD-Card an den Drucker übergeben werden und ein neuer Druckvorgang ausgewählt werden. Mit dem Rädchen kann am Display eine Auswahl getroffen werden, durch Drücken des Rädchens wird die Auswahl bestätigt. Nach dem Auswählen eines neuen Druckvorganges muss die zu druckende Datei ausgewählt werden. Danach kann der Druckvorgang gestartet werden.

Was ist denn nur dieser Raumzeiger für einer?

Da hilft doch ein schnelles Googlen!

Und, schon gelesen?

Sich mal schnell orientiert?

Alles verstanden?

Also, dann ein Blick in die Wikipedia, da kann man nichts falsch machen und es sind auch nicht tausend Seiten: /de.wikipedia.org/wiki/Raumzeigerdarstellung
Für alle, die an Geschichte interessiert sind, hier noch ein Blick zurück in das Jahr 2010 zu der ersten Version des Artikels: (800) 567-9985

Es geht auch etwas einfacher.

Eigentlich noch einfacher. Und ohne Prozentrechnung. Einfach, indem wir das Wort beim Wort nehmen. Der Raumzeiger zeigt in den Raum. Die Spitze des Raumzeigers bezeichnet also einen Punkt des Raumes. Und da wir gewohnt sind, die Richtungen des Raumes mit Länge, Breite und Höhe, oder auch Breite, Tiefe und Höhe, oder auch Länge, Höhe und Tiefe.. Entschuldigung, es wird schon wieder zu kompliziert!

Fangen wir nochmal von vorne an:

Ich sehe vor mir Emil, wie er die Hand auf und zu macht und seinem Sohn erklärt: Nein, Luft ist nicht nichts, wenn Luft nichts wäre, dann könnte ich viel schneller so machen!

Also, Null ist nicht nichts, sondern Null ist die Lösung vieler Gleichungen. Unter all den Gleichungen, die Null als Lösung haben, gibt es eine recht einfache:

A + B + C = 0

Und nun bemühen wir uns um Herrn Kirchhoff, der feststellte, dass in einer geschlossenen Schleife eines Stromkreises die Summe der Spannungen gleich Null ist.

Hat man die drei Spannungen eines „Starkstromanschlusses“, die man als R, S, T bezeichnet, wenn sie an einer Steckdose anliegen, und als U, V,  W, wenn man sie als Spannung eines Elektromotors betrachtet, so ist die Summe dieser Spannungen 0.

Also:   U + V + W = 0 zu jedem Zeitpunkt, auch zu diesem.

Dann ist aber auch U*1 + V*1 + W*1 = 0.

So, nun wird es doch etwas schwieriger als Prozentrechnung,  denn wir vereinbaren nun eine Rechenregel:

Wir denken uns nun eine Spannung, die drei Komponenten hat und wir schreiben eine solche Spannung in der Form  ( U, V, W ). Und wir vereinbaren, dass wir zwei solche Zahlen multiplizieren können, indem wir die Komponenten multiplizieren und addieren. Dann wird die obige Formel zu:

( U, V, W ) * ( 1, 1, 1)  = 0

Dann ist (U, V, W) ein Zeiger von der Raumkoordinate X=0, Y=0, Z=0 ) zur Koordinate X=U, Y=V und Z=W und entsprechend ist (1, 1, 1) die Diagonale eines Würfels. Ich mache es mir nun einfach: solche Zeiger nennt man Vektoren.

 

Das Bild hat eine Geschichte …

Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Was also sagt das Bild? Wir haben dazu noch neunhundertachtzig Worte frei.

Dieses Bild ist ein Schnappschuss. Und eigentlich sollte es nicht existieren. Denn beim Reinigen eines Behälters zeigte sich eine dünne Schicht von Schaumblasen, die sich natürlich, wie die Atome eines Kristalls anordneten. Aber bis die Kamera bereit war, war die Reinigung schon fortgeschritten und das Bild zerstört.

Und so entstand zufällig dieses Bild, das erst im Laufe der Zeit seine Geheimnisse enthüllt.

Einmal sieht man die Struktur der kleinen und großen Blasen, die sich je nach Dichte und Verteilung unterschiedlich anordnen, störungsfreie Bereiche zeigen, Versetzungslinien, den Einfluss großer und kleiner Exemplare verdeutlichen.

Manchmal füllen kleine Blasen die Zwischenbereiche, gelegentlich gibt es einen mehrlagigen Aufbau, …

Aber das Bild zeigt nicht nur das Objekt, sondern wirkt auch als Objektiv, denn betrachtet man die Reflexionen der großen Blasen, so kann man die Umwelt erkennen. Deutlich der Blitz der Kamera, weniger deutlich auf den ersten Blick: die Aufnahme erfolgte vor einem Fenster und man sieht in verzerrter Darstellung die Häuser der anderen Straßenseite, mit Fronten und Dächern, sich wiederholend auch in den kleineren Blasen, wenn man es einmal erkannt hat.

Man stelle sich eine Software vor, die diese einzelnen verzerrten Panoramen erfasst, entzerrt und phasengetreu zusammensetzt zu einer gewöhnlichen Abbildung und hat nun eine Vorstellung davon, wie eine Kameralinse funktioniert, die nicht mehr ein ausgedehntes Gebilde ist, sondern eine flache Ansammlung von Facetten und damit wesentlich kleiner bauend als konventionelle Systeme.

Das sagt das Bild, noch keine 1000 Worte, …