Eine Auswahl an Filamenten.

Die meisten Desktop-3D-Drucker verwenden den sogenannten FDM-Druck (Fused Deposition Modeling). Ein anderer Begriff ist FFF (oder Fused Filament Fabrication). Die Idee hinter beiden ist, dass ein 3D-Druck aufgebaut wird, indem Schichten aus klebrigem Kunststoff übereinander geschichtet werden.

Wenn jede Schicht extrudiert wird, verbindet sie sich mit der vorherigen Schicht, und schließlich erhalten Sie einen Dalek oder Millennium Falcon aus Kunststoff, den Sie auf Ihre Kommode legen können.

FDM-Drucker funktionieren sehr ähnlich wie Tintenstrahldrucker. Ein Kopf bewegt sich um eine Druckfläche und legt Material ab. Ein Unterschied zum 3D-Druck besteht darin, dass anstelle von Tinte geschmolzener Kunststoff abgeschieden wird. Der andere große Unterschied ist, dass es eine Z-Achse gibt. Der Drucker fährt hoch sowie von Seite zu Seite und von vorne nach hinten. Infolgedessen kann jede Kunststoffschicht auf jede zusätzliche Kunststoffschicht gelegt werden.

Hier sind die guten Nachrichten. Mit der Ausnahme, dass Sie wissen, dass Sie Filament für einen 3D-Drucker kaufen müssen, wie Sie Tinte für einen 2D-Drucker kaufen müssten, müssen Sie nicht viel über die Wissenschaft des Filaments wissen.

Das 3D-Druckgeschäft ist so weit gegangen, dass Sie vierhundert Dollar für einen kleinen MOD-t-Drucker einsparen und Objekte glücklich produzieren können, ohne etwas über Filamente, Aufschnittmaschinen, Extrusionstemperaturen, Kunststofftypen, Betttemperaturen, Extrusionsraten usw. zu wissen. oder Glasübergangstemperaturen.

Ich meine es ernst damit, wie wenig Sie wissen müssen. Ich bin jetzt seit November glücklich im 3D-Druck und erst diese Woche habe ich angefangen, mich mit dem Arcana zu beschäftigen. Das lag daran, dass ich neugierig wurde, warum mit dem billigen Filament, das ich gekauft hatte, etwas passierte, und ich hatte Zugang zu einem Guru des technischen Supports der Jedi-Meister, der viele meiner Fragen beantwortete.

Ich werde den Problemlösungsprozess in der Reihenfolge durchlaufen, in der ich damit gearbeitet habe. Sie werden einige faszinierende Dinge darüber lernen, wie Filamente hergestellt werden, die sich auf Ihre Auswahl auswirken können, wenn Sie Ihre 3D-Drucker verwenden.

Das Problem

Sie wissen, wie Tintenstrahldruckerhersteller immer vorgehen, wenn Sie ihre Tintenmarke kaufen? Es soll besser funktionieren, kostet aber auch viel mehr. Die gleiche Idee gilt für den 3D-Druck, da der Kunststoff, der von verschiedenen Anbietern hergestellt wird, möglicherweise sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweist.

Erstens gibt es viele verschiedene Arten von Kunststoffen, die für Filamente verwendet werden. Ich habe bereits über PLA und ABS gesprochen. Es gibt auch HIPS, PETG, Nylon und viele andere Typen. Heutzutage ist PLA am häufigsten, da es im Allgemeinen einfacher zu verwenden ist als ABS (obwohl es etwas spröder ist) und bei weitem nicht so giftig ist.

Als die Leute von Aleph Objects mir ihren LulzBot Mini schickten, schickten sie mir eine Vielzahl von Filamenten, aber sie schickten mir nicht die grundlegendste PLA. Das liegt daran, dass sie all die coolen Filamente zeigen wollten, mit denen sie umgehen konnten. Ich möchte auf jeden Fall alles über sie lernen, aber ich lerne immer noch über die Feinheiten selbst der grundlegenden PLA.

Auf jeden Fall habe ich bei Amazon eine billige 21-Dollar-Rolle Hatchbox PLA-Filament gekauft. Es ist ungefähr die Hälfte des Preises im Vergleich zu einigen der bekannten Marken, aber ich wollte sehen, was mit den billigen Sachen gemacht werden kann. Wie Sie im Bild unten sehen können, wurde es erstaunlich gut gedruckt.

Dies wurde bis auf die ersten Schichten gut gedruckt.

Nach einigen Drucken bemerkte ich jedoch ein seltsames kleines Problem. Am Ende jedes Drucks wurden die ersten zehn Zeilen nicht reibungslos gedruckt. Wenn man sie genauer betrachtet, anstatt glatte Schichten, sah es eher aus wie eine gebrochene Graham-Cracker-Textur. Sie können das an den Beispielen sehen, die im Bild unten gezeigt werden.

Beachten Sie die Randtextur, auf die der Pfeil zeigt. Das ist nicht richtig.

Dieses Verhalten war anders als das, was ich auf dem MakerBot gesehen hatte. Obwohl sowohl der MakerBot- als auch der LulzBot-Drucker PLA verwendeten, gab es einige wesentliche Unterschiede.

Der MakerBot ist ausschließlich für die Verwendung mit MakerBot-Filamenten mit 1,75 mm Durchmesser ausgelegt. Der LulzBot ist so konzipiert, dass er so ziemlich jedes Filamentmaterial aufnehmen kann, das Sie ihm geben, solange es sich um das dickere 3-mm-Filament handelt. Der MakerBot verfügt über ein Bett mit Raumtemperatur, das nicht beheizt ist. Der LulzBot verfügt über ein beheiztes Bett, sodass Sie auch die Betttemperatur steuern können.

Da Sie das LulzBot-Bett erwärmen können, wird die Haftung durch die Wärme des Bettes unterstützt. Im Fall des MakerBot ist es besser, ein Floß (eine Stützstruktur unter dem Objekt) zu verwenden, um die Haftung zu verbessern.

Da ich noch nie zuvor auf einer beheizten Oberfläche gedruckt hatte, wusste ich nicht, ob der Graham-Cracker-Effekt auf die ersten Schichten auf ein beheiztes Bett zurückzuführen war oder auf ein Problem hinsichtlich des Druckvorgangs des Druckers.

Ich habe mich an den technischen Support von LulzBot gewandt und Hilfe von jemandem erhalten, von dem ich wünschte, ich könnte Sie vorstellen. Leider ist dieser Typ, wie viele Ingenieure, mit denen ich über die Jahre zusammengearbeitet habe, ein bisschen schüchtern. Anstatt dir seinen Namen zu geben, werde ich ihn einfach Obi-Wan nennen. Obi-Wan hat mir viel beigebracht.

Z-Sonden-Offset

Aus praktischer Sicht haben wir uns auf zwei Punkte konzentriert: die Temperatur, auf die das Bett beim Drucken eingestellt wurde, und den Versatz der Z-Sonde. Lassen Sie uns zuerst den Z-Sonden-Offset durchführen.

Ich weiß. Es klingt wie etwas, das Fox Mulder untersuchen würde. Der Versatz der Z-Sonde gibt jedoch im Wesentlichen an, wie weit die Düse vom Bett entfernt ist, wenn sie mit dem Extrudieren des Filaments beginnt. Mit G-Code (dem Maschinencode von 3D-Druckern) können Sie den Z-Code-Offset um einen kleinen Betrag nach oben oder unten anpassen. So hat es Obi-Wan beschrieben:

Dies wird am häufigsten dadurch verursacht, dass der Z-Versatz etwas zu nahe am Bett liegt. Wenn nicht genügend Platz für diese erste Schicht vorhanden ist, quetscht sich das Filament zur Seite und bildet auf ebenen Flächen raue Linien. Über einige Schichten hinweg wird sich dies im Wesentlichen von selbst auswirken, da immer weniger Filamente an den Seiten gequetscht werden.

Um dies zu ändern, geben Sie tatsächlich eine Zeile G-Code ein. Er ließ mich zuerst M851 eingeben, das den aktuellen Z-Sonden-Offset zurückgibt. In meinem Fall war es -1,43. Sie erhöhen die Zahl, je weiter die Düse vom Bett entfernt sein soll. Also habe ich meine um einen Zehntel Millimeter nach oben bewegt. Der Befehl lautet:

M851 Z-1.33

Dadurch wird die Änderung tatsächlich in die Firmware des Druckers geschrieben, sodass sie nach der Änderung für alle Filamente aller Art gilt. Obi-Wan gab eine Warnung zum Testen dieses Wertes weiter:

Achten Sie beim ersten Testen dieses neuen Versatzes genau auf diese erste Schicht. Wenn sich herausstellt, dass die Düse in das Bett gegraben wird, schalten Sie den Drucker aus und stellen Sie den Versatz ein, bis dies nicht mehr der Fall ist.

Daran zu basteln hat Spaß gemacht. Ich habe einen Würfel getestet und beim ersten Mal habe ich einen kompletten Haufen fadenförmiger Unordnung bekommen.

Drucken Sie nicht in der Luft. Wenn Sie dies tun, werden Sie ein fadenförmiges Durcheinander bekommen.

Es stellte sich heraus, dass ich “M851 Z1.33” eingegeben habe, wodurch der Kopf weit über die Bauplatte angehoben wurde und nichts klebte. Ein E-Mail-Gespräch mit Obi-Wan korrigierte Folgendes:

Durch diese große Änderung wird Ihre anfängliche Schichthöhe von 0,425 mm in der Luft gedruckt. Sie sollten dies in -1,33 ändern, wodurch sich der Abstand geringfügig vergrößert, der jedoch nicht dramatisch genug ist, um einen Druck in der Luft zu verursachen.

Er sagte mir auch, ich solle einen M500-Befehl verwenden, um die Änderung in die Firmware zu schreiben. Andernfalls würde die Änderung nicht zwischen den Einschaltzyklen des Druckers bleiben.

Dies wurde über die Steuerschnittstelle in einem 3D-Druckprogramm namens Cura durchgeführt.

Obi-Wan erzählte mir auch, warum Drucker möglicherweise mit einem anderen Z-Sonden-Offset geliefert werden:

Wenn wir die Drucker im Haus kalibrieren, möchten wir für diese erste Schicht ein wenig mehr Quetschen behalten. Es hilft sicherzustellen, dass die Drucke gut am Bett haften. Dies führt dazu, dass ein wenig des Elefantenfußes auf den unteren Schichten liegt, verhindert jedoch, dass 70 Stunden lang etwas von der Platte in einen 80-Stunden-Druck springt.

Ich habe solche Drucke gehabt. Es macht keinen Spaß, wenn Sie fast fertig sind und sie scheitern.

Mehr über Filamente

Meine Theorie hat sich als richtig erwiesen. Der Graham-Cracker-Effekt war darauf zurückzuführen, dass der Kunststoff beim Extrudieren zu heiß war. Bei einer zu heißen Betttemperatur kühlte der Kunststoff nicht im richtigen Tempo ab, um glatte Schichten zu erzeugen.

Diese Erkundung hat mir geholfen, viel über Filamente zu verstehen. Wenn Sie sich erinnern, habe ich letzte Woche erwähnt, dass in den USA hergestelltes PLA im Allgemeinen aus Maisstärke besteht. In Asien hergestelltes PLA wird häufig aus Tapiokawurzeln hergestellt. Wie Sie sich vorstellen können, haben diese Substanzen eine ganz andere chemische Zusammensetzung.

Die meisten 3D-Drucker, die mehr als eine Filamentart unterstützen, können ein Filamentprofil festlegen, das viele Faktoren wie Betttemperatur, Extrusionstemperatur, Extrusionsgeschwindigkeit und mehr umfassen kann. Viele der beliebtesten Filamente sind mit Profilen versehen.

Weil ich dies mit einem Markenfilament versucht habe, haben Obi-Wan und ich eine wirklich interessante Diskussion über Filamente geführt.

Unterschiedliche Hersteller haben unterschiedliche Formeln und daher unterschiedliche thermische Eigenschaften. Derzeit gibt es keine Regelung für das, was als “PLA” -Druckmaterial definiert ist. Eine Formulierung mit 1% PLA und eine Formulierung mit 99% PLA können beide als solche beansprucht werden, weisen jedoch stark unterschiedliche Wärme- / Druckeigenschaften auf.

Ich habe zum Beispiel etwas über Tg gelernt. Tg steht für den Glasübergangspunkt. Unterschiedliche Filamente können unterschiedliche Glasübergangspunkte haben. Einfach ausgedrückt ist ein Glasübergangspunkt der Punkt, an dem ein Polymer von starr und spröde zu flexibel wird. Beachten Sie, dass es nicht die Schmelztemperatur ist. Stattdessen ist es die Temperatur, bei der die Moleküle genug angeregt werden, um ihre Bindungen zu lösen und ein Material weniger spröde werden zu lassen.

Da unterschiedliche Filamente unterschiedliche Tg-Punkte haben können, müssen sie sowohl im Extruder als auch auf dem Bett auf unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden.

Ich fragte auch nach Filamentfarben. Ich hatte empirisch festgestellt, dass Schwarz schwieriger zu drucken schien als andere Farben. Folgendes hat mir Obi-Wan gesagt:

Wenn Sie nach ästhetischer Qualität suchen, halten Sie sich von Weiß fern. Es hebt Schatten sehr leicht hervor und macht die Ebenenlinien beim Fotografieren sichtbar. Ich mag die hellen Blau- und Grüntöne, da sie die besten Fotos zu machen scheinen. Je nachdem, wer das Filament herstellt, kann Schwarz sehr problematisch sein. Einige Filamenthersteller verwenden “Mahlgut”, wo sie andere Filamentfarben zermahlen und erneut extrudieren. Schwarz kann alle anderen Stümpfe verdecken und spart so Kosten. Leider bricht das Filament jedes Mal, wenn es extrudiert wird, physikalisch etwas zusammen. Dies ändert seine thermischen Eigenschaften und wie es ideal gedruckt wird. (Ganz zu schweigen von Inkonsistenzen zwischen Chargen.)

Farbe, von der wir denken können, dass sie kein Gewicht oder keine Konsistenz hat, hat tatsächlich Substanz. Meine Frau sagte mir oft, dass identische Garne, die mit verschiedenen Farben gefärbt sind, steifer oder glatter sind. Ein Video, das ich am Ende dieses Artikels eingebettet habe (ich liebe das Internet!), Zeigt, wie dick eine Sharpie-Marke tatsächlich ist.

Betttemperatur

Als nächstes haben wir zwei neue Tests ausprobiert: Einstellen der Betttemperaturen und Verwenden eines Filaments, das mit dem bereits getesteten Profil geliefert wurde. Zuerst habe ich einen kleinen Block mit einer Betttemperatur von 60 ° C, 40 ° C und 20 ° C getestet. Wie Sie im folgenden Bild sehen können, hat die Betttemperatur von 20 Grad am besten funktioniert.

Schauen Sie sich die Schichten, auf die die Pfeile zeigen, genau an, um zu sehen, wie die unterschiedlichen Betttemperaturen (20, 40 und 60 Grad) die Schmelzeigenschaften des Kunststoffs verändert haben.

Schließlich kaufte ich eine Rolle Verbatim PLA. Dies war doppelt so teuer wie das Hatchbox-Zeug, wurde aber von Obi-Wan empfohlen und hatte ein Profil. Das Drucken ohne Änderungen oder Änderungen der Betttemperatur führte zu einem ziemlich sauberen Druck:

Die ersten Ebenen sehen mit dem Standardprofil gut aus.

Hier bitteschön. Nichts davon ist wirklich notwendig, um zu wissen, ob Sie nur einige 3D-Drucke erstellen möchten. Aber wenn Sie neugierig sind auf die Materialien, die in Ihre 3D-Drucke einfließen, und wie Sie darüber nachdenken können, hoffe ich, dass Sie diese Diskussion genauso faszinierend finden wie ich.

Wenn Sie mit Ihrem 3D-Drucker etwas Cooles machen, posten Sie dies in der folgenden Diskussion oder twittern Sie mir ein Bild davon an das am Ende dieses Artikels aufgeführte Konto. Ich werde die coolsten Abzüge, die ich gesendet habe, retweeten.

Zum Schluss noch ein großes Dankeschön an den Mann, den ich Obi-Wan genannt habe. Ich habe viel gelernt und ich schätze die Zeit, die Sie gebraucht haben, und die Unterstützung von Aleph Objects bei der Erforschung des 3D-Drucks über verschiedene Filamente hinweg sehr.

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