3D-Drucken: 4 Tipps zum Druckvorgang und eine pfiffige Anleitung in 6 Schritten

Nachdem Sie sich in die Materie eingearbeitet haben, brennt es Ihnen mit Sicherheit unter den Fingernägeln und Sie wollen endlich mit dem 3D-Drucken beginnen. Vor dem eigentlichen Druck stehen jedoch ein paar Vorbereitungen. Um welche es sich handelt, lesen Sie in den folgenden Abschnitten.

3.1. Das Modell: Vor dem 3D-Drucken wird ein 3D-Modell benötigt

Nachdem man weiß, wie ein 3D-Drucker funktioniert, geht es an die Vorbereitung für den ersten Druck, wofür ein 3D-Modell benötigt wird. Erste Versuche lassen sich leicht im Internet laden und ausprobieren.

Wer jedoch auch eigene Werkstücke drucken möchte, steht schnell vor der Frage: Wie erstelle ich ein 3D-Modell?

Hierfür bietet das Internet viele Möglichkeiten und kostenlose Programme, die für erste und auch komplizierte Anwendungen absolut ausreichend sind. Bekannt ist SketchUp, mit dem sich recht einfach Modelle erstellen lassen.

Der Vorteil von SketchUp liegt in der intuitiven Bedienung, sodass schnell Modelle entstehen. Wer gut mit Grafikprogrammen zurecht kommt, kann auch SketchUp nutzen.

Mit der Einarbeit wird jedoch auch ersichtlich, dass SketchUp weit mehr bietet, als die anfänglich sichtbaren Funktionen. Beim tieferen Einstieg in die Materie hilft die große Verbreitung der 3D-Software. In vielen Tutorials und Videos werden die Funktionen und Möglichkeiten von SketchUp vorgestellt und erklärt.

Beim Öffnen von SketchUp zeigt sich wieder das eingangs erwähnte dreidimensionale Koordinatensystem, mit dem CNC-Maschinen arbeiten. Begonnen wird mit einer Grundfläche, die sich bereits mit zwei Klicks in die Höhe ziehen lässt und einen Körper formt.

Weitere Funktionen ermöglichen das Bilden von Absätzen, Bohrungen und Durchbrüchen. Je komplizierter das Teil wird, desto mehr Einarbeitung wird jedoch benötigt.

Schnell ist das erste Modell erstellt, welches nur noch das richtige Dateiformat benötigt, um von der Drucksoftware verarbeitet werden zu können. Geläufig sind STL und OBJ, ständig werden jedoch neue entwickelt.

Speziell SketchUp bietet für den Export (und viele andere Funktionen) Plugins an, die sich über „Fenster / Extension Warehouse“ installieren lassen. Mit dem Plugin „SketchUp STL“ ist die Software 3D-Drucken sofort in der Lage, erstellte Projekte im STL-Format zu speichern. Weitere Informationen zum Thema finden Sie in unserem Beitrag 3D-Drucker: Vorlagen, Ideen und Anleitungen auf Heimwerker.de!

• 3D-Drucker auf Amazon ansehen »

3.2. Die Software: Slicen, um ein Druckprogramm zu erstellen

Da ein 3D-Drucker Volumenkörper erstellt, müssen diese Schicht für Schicht von unten aufgebaut werden. Frei in der Luft hängende Elemente sind nicht möglich, da der verflüssigte Kunststoff beim 3D-Drucken einfach nach unten fallen würde.

Der Druck eines Körpers erfolgt daher direkt auf dem Arbeitstisch und baut sich nach oben auf. Damit der Drucker die einzelnen Schichten (Layer) aufbauen kann, muss das 3D-Modell „in Scheiben geschnitten“ und in ein druckbares Programm umgewandelt werden.

Dies geschieht durch eine Software namens „Slicer“, die zumeist im Druckprogramm bzw. der Druckeransteuerung enthalten ist.

Es gibt natürlich auch 3D-Programme, die integrierte Slice-Funktionen besitzen, Druckersteuerungen, die ein extra Slicer benötigen oder Druckprogramme, die sämtliche Funktionen vereinen. Dies muss individuell betrachtet werden, der Ablauf bleibt jedoch gleich: 3D-Modell erstellen – eventuell Format umwandeln– slicen – drucken.

Der Slicer erfüllt zusätzlich eine besondere Funktion, die den Körper sinnvoll aufbaut. Ohne diese Funktion würde ein Körper komplett mit Material gefüllt werden, was viel Filament beim 3D-Drucken verbraucht und der Stabilität nur bedingt dienlich ist.

Ein mit Waben gefüllter Körper verbraucht nur die Hälfte an Material beim 3D-Drucken, wiegt weniger und steht in der Stabilität einem Vollkörper kaum nach. Es ist daher zweckmäßig, bei Körpern nur die Außenflächen massiv zu gestalten und den Innenraum mit Profilformen zu füllen.

Hinweis: Wie die Profile aussehen und in welcher Stärke sie ausgeführt werden, lässt sich zumeist in den Einstellungen angeben. Als sehr stabil haben sich Waben mit einer Füllung von 30 bis 40 % des Vollmaterials erwiesen.

Bevor mit dem Druck begonnen werden kann, muss sich der 3D-Drucker im korrekten Zustand befinden. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Sie den 3D-Drucker richtig einstellen.

4.1. Tipp 1: Die exakte Höhe des Druckkopfes ist wichtig

In erster Linie müssen Sie auf die Referenzmaße achtgeben. Beim Startvorgang werden diese mittels Endschalter angefahren und damit der Nullpunkt des Druckers bestimmt.

So lange der Extruder nicht gewaltsam oder durch einen Fehler manuell bewegt wurde, bleiben die angefahrenen Maße erhalten und der Drucker einsatzbereit. Sind Maße verstellt, hilft das Anfahren des Referenzpunktes, um den Drucker neu zu positionieren. Dieses geschieht durch einen Neustart des Druckers oder die Anwahl der Home-Position.

Zusätzlich kann es nötig sein, die Höhe des Druckkopfes auszurichten. Wird in der Z-Achse (Höhe) der Punkt Null angefahren, muss sich die Druckspitze exakt bis maximal 0,1 mm über dem Druckbett befinden.

Prüfen lässt sich das, wenn der Extruder in jede Ecke der Druckfläche gefahren wird und sich zwischen Druckspitze und Druckplatte maximal ein Blatt Papier schieben lässt. Papier besitzt eine Stärke von 0,1 mm, daher kann es nötig sein, die Extruder-Position um 0,1 mm zu erhöhen.

Eine falsche Einstellung der Höhe kann dazu führen, dass die erste Lage des Filaments nicht auf der Druckplatte kleben bleibt (Nullpunkt zu hoch) oder beim Druck zu sehr verformt wird. Die zu niedrige Einstellung ist am Druckobjekt durch eine breit auslaufende Körperkante zu erkennen.

Tipp: Hilfreich ist aber ebenso eine Begutachtung der ersten Drucklage. Deutlich zu erkennende einzelne und nicht verschmolzene Drähte weisen auf eine zu hohe Einstellung hin. Wird das aufgetragene Filament jedoch durch eine zu niedrige Einstellung zu sehr gedrückt, baut sich zwischen den einzelnen Bahnen Grat auf. Eine Nachjustierung ist notwendig.

4.2. Tipp 2: Die Layerhöhe entscheidet über die Druckqualität

Jedes Druckelement besteht aus mehreren Schichten – den Layern. Hohe Layer bedeuten eine deutliche Erkennbarkeit der Schichten an den Außenfläche, minimieren jedoch die Druckzeit. Eine geringe Layerhöhe verkleinert die sichtbaren Rillen, zieht aber eine proportional höhere Druckzeit nach sich.

Gebräuchlich sind Druckdüsen mit einem Durchmesser von 0,4 mm, woraus sich eine maximale Layerhöhe von 0,4 mm ergibt. Das bedeutet, dass am Druckobjekt deutliche Rillen in einer Höhe von 0,4 mm abzeichnen.

Eine Layerhöhe von 0,2 mm erreicht bessere Ergebnisse, benötigt aber die doppelte Druckzeit. Es muss also ein Kompromiss zwischen Druckzeit und gewünschter Oberflächenqualität eingegangen werden.

Mit einer Änderung der Layerhöhe verändern sich auch die Verfahrwege im Programm, sodass die Einstellung im Slicer verändert werden muss. Der Slicer erstellt danach das passende Programm und passt die geänderten Durchflussmengen am Extruder an.

4.3. Tipp 3: Wandstärken und Füllungen bestimmen die Stabilität und Druckzeit

Ein Modell komplett mit Filament auszufüllen, würde viel Druckmaterial und Zeit verbrauchen, ist der Stabilität aber nur bedingt dienlich. Sinnvoll ist eine sparsamere Füllung (Infill) in Linien-, Viereck- oder Wabenform.

Diese erreicht eine vergleichbare Stabilität, verbraucht jedoch nur ein Bruchteil an Filament und benötigt deutlich weniger Druckzeit. Wie dicht die innere Füllung gedruckt wird, lässt sich im Slicer unter dem Punkt „Füllung“ oder „Fill density“ in Prozent angeben. 30 % ergeben eine gute Kombination zwischen Stabilität, Materialverbrauch und Druckzeit.

Da ein Druckmodell nicht nur aus einer 30 %igen Füllung bestehen kann, benötigt es eine durchgängige Außenhülle. Diese besteht aus der untersten Schicht (first Layer), den Außenlinien (Perimeters) und der obersten Deckschicht.

Die Ober- und Unterseite werden als „solid Layers“ bezeichnet und sollten etwa eine Höhe von 1 mm besitzen. Beträgt die Layerhöhe 0,2 mm, sollten demnach fünf solid Layers eingestellt werden.

Besteht die Möglichkeit, die untere und obere Deckschicht (top und bottom) separat einzustellen, kann die untere Layerhöhe auch geringer ausfallen. Wird das Objekt in seiner späteren Position gedruckt, bleibt die Unterseite also nicht sichtbar, reichen sogar eins bis zwei „bottom solid layers“.

Die Außenhülle sollte etwas stabiler sein und aus 2 bis 4 Bahnen bestehen. Größere Objekte benötigen mehr Perimeters als kleine Objekte mit vielen Konturen. Zu viele Perimeters können jedoch die Druckzeit stark ändern, da diese langsamer als die Füllung gedruckt werden.

4.4. Tipp 4: Auswahl des Filaments und Einstellung der richtigen Drucktemperatur

Die erste Entscheidung über ein gutes Druckergebnis fällt mit dem richtigen Filament. Unterschiedliche Zusammensetzungen erreichen verschiedene Eigenschaften, die für das Projekt entscheidend sein können.

Ist das richtige Filament gefunden, müssen einige Druckeinstellungen angepasst werden (s. Tabelle unten). Nicht jedes Filament schmilzt bei derselben Temperatur oder besitzt dieselben Fließeigenschaften.

Daher sind zum Filament passende Temperatur- und Vorschubeinstellungen wichtig. Diese betreffen die Temperatur am Hot End, die Temperatur des Drucktisches und den gewählten maximalen Vorschub.

Vor langer langer Zeit habe ich einen 3D-Drucker Bausatz getestet und vorgestellt. Das war mein Einstieg in den 3D-Druck. Seit dem ist viel durch die Druckdüse gelaufen und so manches Projekt entstanden. Etliche dienten dazu, meinen Drucker zu verbessern und zu optimieren.

Gezwungener Maßen und auch aus Interesse habe ich mich nebenbei auch mit der 3D-Zeichnung beschäftigt, sodass viele Projekte nicht nur selbst gedruckt, sondern auch selbst geplant, entworfen und gezeichnet wurden. Kurz, es macht tierischen Spaß.

Bisher waren es allerdings hauptsächlich praktische Dinge und die Farbe war größtenteils egal. Interessant werden langsam aber auch Dekostücke und persönliche Geschenke.

Die 3D-Figuren zu beschichten oder gar zu vergolden hat schon seinen Reiz: Neben dem 3D-Druck ein interessantes Hobby. Noch interessanter wird aber sicher die Kombination aus beidem. Das möchte ich nun probieren.

6.1. Schritt 1: Kunststoff galvanisieren

Um es einfach auszudrücken – galvanisieren hat was mit Strom zu tun, bei dem Metallionen aus einer Flüssigkeit oder einem „Opfermetall“ auf ein anderes Stück übertragen werden. Bekanntlich leitet Kunststoff aber keinen Strom und so kann das rein theoretisch auch nicht funktionieren. Genau das macht die Sache ja so spannend und interessant.

Gemeinsam mit Tifoo, die sich bereits ausgiebig mit dem Galvanisieren von Kunststoff beschäftigt haben, möchte ich jetzt ebenfalls das Thema angehen und die Ausdrucke meines 3D-Druckers beschichten.

Hierfür habe ich ein umfangreiches Set, mit dem ich verkupfern, vernickeln und sogar vergolden kann. Oder zumindest können sollte. Ich gehe davon aus, dass schon etwas Übung nötig sein wird, bis ich perfekte Ergebnisse in der Hand halte.

6.2. Schritt 2: Vorbereitung zum Galvanisieren von Kunststoff

Wie eingangs beschrieben, ist es beim Galvanisieren nötig, dass die Oberfläche des beschichtenden Gegenstandes elektrischen Strom leitet. Das ist bei dem Ausdruck aus einem 3D-Drucker nicht der Fall.

Das gewünschte Objekt (MakerBot Gnome von thingiverse.com) muss also entsprechend vorbereitet werden. Hierzu nutze ich aus dem Set zum Galvanisieren das Silberleitlack-Spray. Dieses wird wie übliches Lackspray verwendet, beinhaltet jedoch hochleifähiges Silber und schafft somit eine elektrisch leitende Oberfläche.

Zusätzlich brauchen wir noch eine leitende Aufhängung für unseren kleinen Zwerg und muss dieser gründlich entfettet werden. Hierfür habe ich ganz normalen Entfetter (Silikonentferner) verwendet, ihn aber auch schnell wieder abgewaschen. Ich bin mir nicht ganz sicher, ob das PLA davon angegriffen wird.

Dann kann es auch schon losgehen und der Zwerg bekommt etwas Farbe. Nicht zu viel auf einmal, sonst gibt es Nasen, aber auch nicht zu wenig, damit die gesamte Oberfläche leitfähig wird.

Anschließend wird er zum Trocknen aufgehangen. Da ich eh häufig lackiere, hängen hier bereits einige gebogene Schweißdrähte in unterschiedlichen Größen.

6.3. Schritt 3: Kunststoff mit Kupfer galvanisieren (verkupfern)

Nach der Trocknungszeit geht es endlich los und ich werde das erste Mal selber galvanisieren. Im Galvanisierungs-Set war ein größeres und ein kleineres Becken zur Badgalvanik enthalten.

Wie es sich für einen Zwerg gehört, reichte ihm das kleinere und ich habe alles nach Anleitung (neben einer PDF gibt es etliche Videos bei Tifoo) aufgebaut und das Galvanikbad unter Spannung gesetzt.

Bereits nach kurzer Zeit ist zu sehen, wie sich das Kupfer auf dem kleinen Zwerg absetzt. In der Anleitung zum Galvanisieren hatte ich aber auch gelesen, dass die kleinen Kupferpartikel ziemlich geradlinig zwischen den angeschlossenen Polen, also Kupferplatte und Zwerg, wandern.

Bei der ersten Begutachtung wird das deutlich erkennbar. Die Front des Zwerges und hervorstehende Formen haben eine gute Kupferschicht erhalten – weiter innen liegende Stellen und die Rückseite zeigen noch den Silberleitlack. Hier wird bereits deutlich, dass es gar nicht so einfach ist, komplizierte Formen zu verkupfern.

Laut Anleitung sollte man möglichst zwei gegenüberliegende Kupferplatten im Galvanikbad nutzen, um einen gleichmäßigeren Auftrag zu erhalten. Das kann ich nun bestätigen und habe den Zwerg daher wieder baden geschickt und in regelmäßigen Abständen gedreht.

Wenn ich mich weiter dem Hobby hingebe, werde ich darüber nachdenken, mir einen Motor für Spiegelkugeln zuzulegen. Damit sollten sich perfekte Ergebnisse erzielen lassen.

6.4. Schritt 4: Wie beim Sonnenbad – wenden verbessert das Ergebnis!

Aber auch schon durch mein Drehen ist das Ergebnis recht gut geworden, wie das erste Bild zeigt. Vom Glanz des Glanzkupferelektrolyts sah man allerdings nicht so viel.

Ich habe dann ein sehr feines Schleifpad genommen und mal leicht an der Zipfelmütze gerubbelt. Tatsächlich wurde es glänzender.

Durch die feinen Rillen der Layer (Schichten beim 3D-Druck) wird es allerdings kaum möglich sein, eine gleichmäßig glänzende Schicht zu erreichen. Hierfür ist die Oberfläche einfach zu uneben. Vielleicht brauche ich aber einfach nur mehr Übung.

Kurze Info: Eventuell sollte ich erwähnen, dass sich der Beitrag bereits seit einem Monat zieht. Das liegt einfach daran, dass ich natürlich auch andere Verpflichtungen habe und mich auch erst in das Thema einarbeiten muss. Das hat aber auch den Vorteil, dass ich lerne, wie die nächsten Bilder zeigen.

6.5. Schritt 5: Nach einigen Versuchen werden die Ergebnisse besser

Inzwischen habe ich einiges probiert und gelesen. Kompliziert empfand ich dabei die Bestimmung der Stromstärke in Abhängigkeit der Oberfläche des Objektes. Vorgabe beim Glanzverkupfern ist beispielsweise eine Spannung von 0,8 bis 1,5 V und eine Stromstärke von 50 mA je cm².

Ich habe danach eine Spannung von 1,2 V eingestellt, das Objekt ins Bad getaucht und anschließend eine offensichtlich zu niedrige Stromstärke gewählt. Diese Erkenntnis kam bei einem Druck mit einem neuen 3D-Drucker für einen Testbericht (bald online).

Um ihn zu prüfen habe ich den Würfel zur Achsen-Kontrolle gedruckt. Da er exakt 2 x 2 x 2 cm sein sollte, kann die Oberfläche leicht berechnet werden. 2 x 2 cm x 6 Seiten macht 24 cm². Die Daten habe ich in den Bedarfsrechner von TIFOO eingegeben und mir wurden 1200 mA angezeigt. Eingestellt, ausprobiert und tada: Das Ergebnis war schon ein ganz anderes.

Noch nicht ganz perfekt, da nur die mittleren Bereiche einen Glanz aufwiesen, aber ok, das sieht schon anders aus. Jetzt konnte ich zumindest erkennen, dass doch eine deutlich höhere Stromstärke als gedacht benötigt wird.

Das Abschätzen der Fläche von unförmigen Teilen wird dadurch aber auch nicht einfacher. Dann habe ich etwas gefunden, was meine Ergebnisse deutlich verändern sollte – in der Anleitung zum Netzteil steht:

Drehen Sie dazu nun den Stromregler (Ampere, „A“) auf Maximum. Es wird noch kein Strom fließen. Drehen Sie dann ganz langsam den Spannungsregler (Volt, „V“) auf. Mit steigender Spannung steigt auch der Strom an.

Das heißt, ich brauche die Stromstärke gar nicht berechnen. Stromstärke voll auf, anschließend die gewünschte Spannung einstellen und die Stromstärke regelt sich automatisch.

Das ergab völlig neue Möglichkeiten, aber auch Grenzen durch eine beschränkte Leistung des Netzteils. Das nächste Objekt begeisterte mich total, scheint aber auch das Limit zu sein.

Nach der genannten Methode der Spannungsanzeige ging der Stromstärkenzeiger direkt an den Anschlag. Ich denke, mit etwas mehr Leistung wäre der Glanz noch besser, aber auch so sieht es wirklich klasse aus.

Meine Mädels rissen mir das Einhorn sofort aus den Händen. Der Drucker läuft schon – habe ja zwei Töchter. 🙂

6.6. Schritt 6: Vernickeln und vergolden von 3D-Druck Modellen

Die anschließenden Versuche den Würfel zu vernickeln und zu vergolden funktionierten zwar, das Ergebnis war aber nicht so berauschend. Das lag allerdings an der nicht so erfolgreichen Vorarbeit.

Nickel und Gold glänzten nur da, wo auch vorher die Kupferschicht glänzte. Ist die Oberfläche nicht perfekt, darf man auch bei weiteren Beschichtungen keine Wunder erwarten.

Aber jetzt: Ich verbringe ja viel Zeit mit meinem Schwiegervater (Lackierer) in der Werkstatt und er lässt sich auch für solche Sachen begeistern. Zumindest „mal so aus Spaß“. Er brachte mir jedenfalls einen Schlüsselanhänger als Lackierpistole, die er irgendwann mal als Auszeichnung bekommen hat. Aus dem Edelstahl sollte Gold werden. Klar, mache ich doch.

Edelstahl zu galvanisieren geht jedoch nicht so einfach. Wenn ich das richtig verstanden habe, bildet Edelstahl eine „Schutzschicht“, die das Rosten aber eben auch das Galvanisieren verhindert.

Daher muss Edelstahl mit dem Galvano-Aktivator (Säure) vorbehandelt und anschließend eine Sperrschicht (Nickel) aufgebracht werden. Dank meiner bisher gesammelten Erfahrungen kann das Ergebnis absolut begeistern. Je besser die Ergebnisse werden, desto mehr Spaß macht das Galvanisieren.

6.7. Fazit zum Galvanisieren von Kunststoff

Kunststoffe oder eben 3D-Druck Modelle selbst zu verkupfern, vernickeln oder zu vergolden, ist kein Wunderwerk. Es ist aber ebenso kein Kinderspiel. Vielleicht vergleichbar mit dem 3D-Druck selbst. Zwar kann man schnell erste Ergebnisse sehen, wirklich gut wird es aber erst mit der Zeit und etwas Übung.

Leider musste ich aber auch feststellen, dass das Netzteil eine entscheidende Rolle spielt. Hier sollte man nicht zu sparsam sein und lieber in ein etwas kräftigeres investieren: Mit maximal 2 Ampere darf das zu galvanisierende Werkstück nicht zu groß sein.