3D-Druck

Resin 3D Drucker erfreuen sich aufgrund ihrer Detailgenauigkeit und der schnellen Druckmöglichkeit immer grösserer Beliebtheit. Bei diesem Druckverfahren wird die Druckplatte in ein mit «Kunstharz» gefülltes Becken getaucht. Eine Lichtquelle unter dem Becken, beleuchtet die Druckplatte mit UV-Licht und ein LCD-Bildschirm davor dient als Filter und dunkelt die Bereiche ab, wo das Harz nicht aushärten soll.

Auch ich habe mir, zusätzlich zum Filament-Drucker, einen kleinen Resin-Drucker angeschafft. Dies vor allem aus dem Gedanken, kleine Teile für den Modellbau zu erstellen, wie zum Beispiel auch spezielle Kupplungen, Kardanwellen für Getriebe, etc.
Eines vorweg: Nur einen Drucker, mit der gewünschten Grösse kaufen reicht hier nicht. So brauche ich für die Reinigung, das wiederverwenden des übrig gebliebenen Harzes und auch für das Aushärten des gedruckten Teils, weiteres Equipment.

Einer der grössten Nachteile des Harz-3D-Drucks ist die Nachbearbeitung. Stützen müssen entfernt werden, sowie die Verbindungspunkte mit einer Feile abgeschliffen werden. Die Teile müssen gewaschen und ausgehärtet werden, um die richtigen Endeigenschaften zu erreichen. Kurz gesagt, das Drucken mit dem Harz-Drucker kann in drei grosse Schritte unterteilt werden: Drucken, Reinigung und Aushärtung.
Bevor die Druckerzeugnisse zum endgültigen Aushärten unter eine UV-Lampe kommen, müssen die von Harzanhaftungen befreit und gereinigt werden. Die Reinigung umfasst sowohl das gedruckte Teil, wie auch einige Komponenten des Druckers, zum Beispiel der Resintank und die Druckplatte.

Bei der Aushärtung mittels UV-Licht, bekommt das ausgedruckte Teil, nach dem Entfernen der Stützen, etc. die abschliessende Festigkeit und gewünschten Eigenschaften.

Resin
Bereits vor dem Druck stellt sich also die Frage: «Welches Resin soll es denn sein?» So gibt es, je nach Anwendungszweck, Harze mit verschiedenen Materialeigenschaften. Als Einsteiger sind es vor allem folgende beiden Gruppen:

• Standard Resin eignet sich für viele Anwendungen und zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit und strukturelle Integrität aus. Die Reinigung erfolgt mittels Isopropanol/Ethanol, etc.
• Wasserabwaschbare 3D-Druckharze bieten eine Reinigung durch das Auswaschen mit Wasser. Es ist wie das Standard Harz, «universell» einsetzbar. Wasserabwaschbare Harze haben daher einen Vorteil im Reinigungsschritt.

Der grösste Vorteil der Reinigung mit Isopropanol/Ethanol besteht darin, dass diese Lösungsmittel nach der Reinigung sehr schnell verdunsten und eine lösungsmittelfreie, saubere Oberfläche hinterlassen. Der grösste Nachteil ist, dass diese Lösungsmittel als Gefahrgut gelten, somit in geeigneten Sammelstellen entsorgt werden müssen. Darüber hinaus entsteht bei der Anwendung ein unangenehmer Geruch.
Der Vorteil der Reinigung mit Wasser besteht darin, dass Wasser kostengünstig erhältlich ist und keinen zusätzlichen Geruch oder Dampf hinterlässt. Dennoch ist es wichtig, dass das verbrauchte Wasser nicht direkt in den Abfluss geleitet wird, da es noch Resten vom Harz enthält. Mit Wasser auswaschbare Harze haben Inhaltsstoffe, welche für Wasserlebewesen schädlich sein können.
Dieses Restwasser kann nun mit UV-Licht behandelt werden, damit das darin enthaltene Resin aushärtet. Ausgehärtetes Resin ist «ungiftig» und auch problemlos bei Hautkontakt. Dennoch soll das Wasser gefiltert werden, bevor es in den Abfluss eingeleitet wird. Die ausgehärteten Harzrückstände könnten dennoch den Ablauf verstopfen. Diese können problemlos mit dem Kehricht entsorgt werden.

Ein zweiter Nachteil ist, dass das Harz wasserlöslich ist. Das gedruckte Teil ist daher ebenfalls wasser- und feuchteempfindlich und kann nicht in einer nassen oder sehr feuchten Umgebung verwendet werden.

Schutz
Habe ich mich nun entschieden, mit welchem Material ich drucken will, muss auch darauf hingewiesen werden, dass ich mich richtig schütze.
Handelsübliches Resin besteht meist aus Mischungen von Acryl- Epoxid- und Vinyletherharzen. Der Druck mit flüssigem Harz ist daher nicht ohne Risiken. Aus gesundheitlichen Gründen sollte man den Hautkontakt mit dem nicht ausgehärteten Material unbedingt vermeiden. Neben Hautreizungen kann es zu allergischen Reaktionen führen.

• Bei der Arbeit mit dem Drucker sollte man daher immer mit Nitril- oder Vinylhandschuhen arbeiten. Diese bieten mehr Schutz und haben eine bessere chemische Beständigkeit im Gegensatz zu den herkömmlichen Latexhandschuhen.
• Für den Schutz der Augen eignet sich eine Schutzbrille.
• Der Arbeitsraum sollte ausreichend belüftet sein. Die Ausdünstungen während des Druckes sind hier nur ein Aspekt. Schliesslich landen diese dank der Druckraum-Abdeckungen nur zu einem kleinen Teil in der Raumluft.
  Bei der Reinigung der fertigen Druckerzeugnisse mit 99,9-prozentigem Isopropanol kommt es ebenfalls zu Ausdünstungen und starker Geruchsbildung.
• Um die eigene Gesundheit nicht zu gefährden, sollte man deshalb nur mit Atemschutz arbeiten. Dabei ist es wichtig, dass Schutzmasken mit Schutz vor Gasen getragen werden (z.B. Maske der Serie 6000, von 3M, mit Aktivkohlefilter).

Bitte beachten:
Vielfach werden im Web, FFP2-Masken empfohlen. Diese sind jedoch ungeeignet, da diese Partikel filtern, jedoch keine Gase.

Verbrauchsmaterial
Soll nach dem Druck das restliche Resin zurück in eine Flasche, sollte dieses gefiltert werden. Solche Resin-Filter sind als Eiwegprodukte, wie auch aus Metall, zur mehrfachen Nutzung erhältlich. Die mehrfach verwendbaren Filter müssen aber sehr gründlich gereinigt werden.

Die Folienböden der Resintanks gehören ebenfalls zum Verbrauchsmaterial. Zwar gehen die FEP-Folien nicht sofort kaputt, bei häufiger Nutzung oder unsachgemässer Behandlung ist es aber eine Frage der Zeit, bis sie unbrauchbar sind. Ersatzfolien gibt es entweder vom jeweiligen Druckerhersteller oder von Drittanbietern.

Nachbearbeitung
Wie bereits anfänglich erwähnt, drucke ich nur kleine Teile. Mein 3D-Drucker, ein Creality Halot-R6, ist auch nur dafür ausgelegt. Für die Reinigung der Druckerzeugnisse verwende ich primär ein Ultraschallbad. Zwar besitze ich auch eine Wash&Cure-Station, also ein Kombigerät für das Waschen und die Aushärtung, benutze diese jedoch ausschliesslich zur Aushärtung.

Bei kleinen Objekten kann es auch genügen, diese mit Isopropanol und einer Sprühflasche und gegebenenfalls einer weichen Zahnbürste zu reinigen. Ist das Druckerzeugnis grösser und/oder komplexer reicht das häufig nicht aus. Hier ist die Nutzung des Ultraschallbades angebracht, oder dann bei noch grösseren Teilen, die Verwendung der Wash&Cure-Station.

Während UV-Lampe, Kunststoffspachtel (im Lieferumfang des Druckers) und Feilen zur Nachbearbeitung nur einmal benötigt werden, sind andere Dinge, wie Baumwoll-Putzlappen, Haushaltspapier, Abdeckmaterial für den Arbeitsplatz, Filter, Schutzhandschuhe, etc. als Verbrauchsmaterial anzusehen.

Fazit
Das Vorbereiten, die Reinigung und das Aushärten und auch der anfallende Müll beim Abdecken der Arbeitsflächen, Reinigungstücher (Baumwolllappen und Haushaltspapier, Schutzhandschuhe, Lösungsmittel zur Reinigung, etc.), ist auch der Grund, wieso ich das Resin-Druckverfahren nicht generell für alles im Modellbau verwenden will.

Die Arbeit mit Resin bedeutet mehr Aufwand, als der Druck mit Filament. Um die eigene Gesundheit nicht zu gefährden, sollte grundsätzlich mit Maske und Handschuhen gearbeitet werden. Wer eine Sprühflasche zur Reinigung benutzt, braucht zusätzlich eine Schutzbrille.
Wer viel druckt, sollte beispielsweise immer einen kleinen Vorrat an Isopropanol/Ethanol, Filter und FEP-Folien und natürlich Einweg-Schutzhandschuhe zu Hause haben.

Nun wünsche ich viel Spass beim Resin-Druck.

Der "Ooni Stack" besteht aus 3 Stk. Glasgefässen, welche stapelbar sind. Sie werden vom Hersteller, als Gefässe zur Teigzubereitung (Pizzateig) und Zutatenlagerung beworben. Nun müssen diese Gefässe ja nicht zwingend dafür verwendet werden, wie es der Hersteller angedacht hat. So habe ich diese Glasbehälter gekauft, als eigenständige Vorratsdosen. Da jedoch im original-Set, für diese 3 Schüsseln, lediglich ein Deckel aus Bambus enthalten ist, fehlten mir, zusätzliche Deckel.

Ja, diese können beim Hersteller einzeln bestellt werden, jedoch wollte ich diese mit meinem 3D-Drucker anfertigen. um erste Erfahrungen mit dem "TPU-Filament" zu sammeln.

Nun, den Deckel habe ich mit einem Holz-Filament gedruckt. Dieses hatte ich aus einem früheren Projekt vorrätig, und passt Farblich und von der rauen Oberflächenstruktur, sehr gut zu den Vorratsbehältern. Der Fotovergleich des gedruckten und des Originaldeckels, kann sich doch sehen lassen.

Da der Originaldeckel mit einer "Silikondichtung", das Gefäss verschliesst, habe ich die Konstruktion meines Deckels ebenfalls so gemacht, dass eine gummiartige Dichtung eingesetzt werden kann. Diese Dichtung ist mit einem "TPU-Filament erstellt worden.

Um es vorweg zu nehmen, gedruckt habe ich beide Teile auf einem 3-D Drucker Creality CR-6 SE. An diesem Drucker sind keine speziellen Anpassungen gemacht worden. Er ist also mit einer 0.4mm Messing-Düse (Nozzle) ausgerüstet, was für den Holzdruck nicht ganz optimal ist, da Messing ein weiches Material ist und der Verschleiss auf die Dauer erhöht sein kann. Hier gilt es wohl für jeden abzuwägen, ob eine Düse mit härterem Material Sinn machen kann. Ich habe mich gegen die Anschaffung einer Düse aus härterem Material, wie z.B. Stahl entschieden.

Ebenfalls ist der Extruder, also die Fördereinheit, für das Filament nicht direkt auf dem Druckkopf angebracht. Also hat der der Drucker keinen "Direct-Drive Extruder".

Das "Holz-Filament" lässt sich ohne Probleme, auf dem erwähnten Drucker drucken. Die Temperaturen für den Druckkopf und das Druckbett habe ich gemäss den Empfehlungen des Herstellers, eingestellt. Diese Empfehlungen befinden sich auf der Verpackung. Um ein qualitativ gutes Druckergebnis zu erhalten bereite ich vor dem Druck, das Filament, im Filamenttrockner vor. Dabei wird das Filament bei rund 50°C warmer Luft getrocknet, was sich ohnehin für jedes Filament-Material empfiehlt. Ansonsten ist der Druck vergleichbar mit "PLA-Filament".

Da jedoch im Kunststoff, echter *Holzstaub" enthalten ist, kann es beim Druck, insbesondere im Bereich des "Extruders", zu einer Sägemehlartigen Verschmutzung kommen. Diese reinige ich dann regelmässig mit einem Staubsauger. Dem Extruder sollte ebenfalls etwas Aufmerksamkeit gewidmet werden. Dieser darf für den zuverlässigen Druck, nicht "durchrutschen" und wird nach dem Druck mit dem Holzfilament. etwas gereinigt, damit der Holzstaub weg ist. Dazu blase ich jeweils den geöffneten Extruder mit Pressluft aus.

Den fertig gedruckten Deckel habe ich zur optischen Verbesserung, mit einem feinen Schleifpapier, auf der Oberseite etwas nachbehandelt, um den Glanz zu entfernen. Dies, da die Oberseite während dem Druck, direkt auf dem Druckbett gelegen hatte. Somit hat während dem Druck, diese Fläche, die Struktur des Druckbetts angenommen. Mit dem anschleifen soll der Deckel, die Holzhaptik und die raue Struktur analog der übrigen Oberflächen erhalten.

Nun wende ich mich jedoch dem Auslöser dieses Druckprojekts zu. Der Dichtung. Wie das Original soll auch dieser Deckel, das Gefäss, je nach Anforderung, dicht verschliessen. Meine Formulierung im vorstehenden Satz lässt bewusst eine doppelte Möglichkeit zu. Genau diese beiden Möglichkeiten habe ich im Projekt umgesetzt, mit zwei "Dichtungen". Eigentlich müsste ich sagen mit einer Dichtung und einem Distanzring. Dies da der Deckel als Universalgrösse, für beide Varianten konstruiert ist. Der Unterschied zwischen dem Distanzring und der Dichtung ist lediglich der, dass die Dichtung eine minimal breitere Wandstärke hat, um einen gewissen Andruck auf die Glasfläche der Schüsselwand zu erhalten. Der Distanzring hat konstruktionsbedingt keinen Andruck. Der Deckel wir demnach lose auf das Gefäss gelegt.

Auch das TPU-Filament habe ich vor dem Druck mit dem Filamenttrockner getrocknet. Zur Druckvorbereitung habe ich mit "3Dlac" einem Sprühkleber, einen Film auf die Druckplatte aufgetragen. Der Grund dafür ist nicht der, dass die Haftung auf meiner Druckplatte zu gering gewesen wäre. Im Gegenteil, der Este Druckversuch zeigte bei meiner Druckplatte eine derart starke Haftung, dass das Ablösen nur mit roher Gewalt erfolgen konnte. Je nach Quelle der Druckanleitungen zum Drucken von TPU-Materialien wird jedoch auch erwähnt, dass die Haftung mit dieser Trennschicht verbessert werden muss. Dies ist wohl abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Druckbetts.

Empfehlungen, eine Trennschicht mit einem Leimstift zu erstellen, sind zwar vom Ergebnis her ebenfalls Zielführend. Doch habe ich dies bei einem früheren Druckprojekt tatsächlich einmal gemacht! Druckergebnis war perfekt. Doch die Leimverschmierte Druckplatte danach zu reinigen, das war doch ein rechter Aufwand... Der Leim war regelrecht auf der Druckplatte "eingebrannt".

Der Druck mit dem TPU-Filament erfolgt mit tieferen Temperaturen, als zum Beispiel beim PLA. Für ein gutes Druckergebnis sollte auch die Druckgeschwindigkeit reduziert werden. Ich habe meine Dichtungen, mit folgenden Einstellungen gedruckt:

- Drucktemperatur: 225 °C
- Druckbett: 65 °C
- Geschwindigkeit: 40 mm/s
- Lüfter/Kühlung: 20%
- Schichtdicke: 0.16 mm

Diese Einstellungen können nicht als allgemeingültig betrachtet werden, sondern sind zur Veranschaulichung gedacht. Je nach Hersteller und Zusammensetzung des Filaments können die Einstellwerte auch etwas abweichen. Grundsätzlich halte ich mich auch bei diesem Filament, an die Angaben des Herstellers.

Bei TPU Filament kann die Flexibilität der Bauteile mittels Fülldichte und Füllmuster bestimmt werden. Eine zu gering gewählte Fülldichte erkennt man an einer schlechten Oberflächenqualität der Bauteilwände. Eine Fülldichte von 25-30% sollte in der Regel nicht unterschritten werden. Bei den obigen Dichtungen habe ich eine Fülldichte von 25% gewählt.

Das TPU Filament reagiert empfindlich auf schnelle Bewegungen, die bei der Retraction vorkommen. Dabei können schnell Verstopfungen in der Düse entstehen. Es daher zu empfehlen, den Rückzug zu deaktivieren. So wird das Dehnen und Komprimieren des flexiblen Filaments in der Düse weitestgehend verhindert.

Download der STL-Dateien:
- Deckel (deckel.stl /1280 KB)
- Distanzring (dichtung-2.stl / 1231 KB)
- Dichtung (dichtung-3.stl / 1231 KB)

Für die Modellbahn benötige ich ein spezielles Brückengeländer. Ob für eine neue Brücke, oder einer Reparatur eines Geländers, welches durch meine unaufmerksamkeit, schaden genommen hat. Da bleibt oft eine Neukonstruktion unumgänglich.
Nachfolgend stelle ich einige Eigenkonstruktionen vor:

Geländer für Betontrog-Brücke:

Für meine Betontrog-Brücke habe ich ein halbhohes Geländer gesucht, welches seitlich an die Brückenkonstruktion montiert werden kann.
Der Baubericht kann hier nachgelesen werden.

• Länge: 163 mm
• Weitere Abmessungen (für bessere lesbarkeit Grafik anklicken):
  
• Download STL-Datei: gelaender_betonbuecke.stl (ca. 29 KB)

Ersatzgeländer für Bietschtalbrücke:

Das Modell der Bietschtalbrücke von Faller hatte bei Auslieferung ein Geländer. Leider ist dieses im Laufe der Zeit, zumindest teilweise abgebrochen. Ein entsprechender Ersatz drängt sich also auf. Dabei soll dieses Geländer eigene Bodenflanschen haben, um auf der Brücke aufgesetzt zu werden.

Auf dem Foto rechts, ist die Stelle zu erkennen, wo das Geländer abgebrochen ist. Nur ein kleiner Teil vom originalgeländer (vorne links) ist noch vorhanden. Im Hintergrund ist bereits das neue Geländer aus dem 3D-Drucker zu erkennen.

• Länge: 136 mm
• Weitere Abmessungen (für bessere lesbarkeit Grafik anklicken):
  
• Download STL-Datei: gelaender_stand.stl (ca. 17 KB)