Objekte für den 3D-Drucker

Der Wunsch, unsere eigene und tolle Ideen auch dreidimensional mit der Hilfe von 3D-Druck-Maschinen realisieren, wird eine immer größer werdende Öffentlichkeit finden, und das Prozess beschleuningt sich exponenziell.  Jedoch werden nicht nur Hacker-Personen wie zum Beispiel Architekten, Designer, Ingenieure oder Modellbauer sich für dieses fantastische Verfahren interessieren. Deshalb ist es zunehmend wichtig, dass die 3D Design Tools die zur Zeit zur Verfügung stehen, einfach zu bedienen sind. Nicht jeder hat die Zeit und Lust, ein professionelles CAD-Software zu erlernen und einwandfrei damit arbeiten zu können. Und die Programme der Profis können sogar mehrtausend Euros kosten. Zum Glück stehen aber auch kostenlose open-source Lösungen zur Verfügung, die benutzerfreundlich, einfach und leicht zu bedienen sind, man muss sich ja nun erkundigen.

© parametric | art

In diesem Eintrag wird es über die Grundlagen der Erstellung von 3D Objekten für 3D-Druck gehen, natürlich mit einem Schwerpunkt an Amateuren und Hobby-Künstler, die sich gerne mit einem 3D-Drucker experimentieren möchten. Zum Erstellen der 3D-Modellen für den 3D-Drucker braucht man 3D-CAD- oder Modelliersoftware. Fürs Rapid Prototyping muss das Modell im STL- (nur einfarbig) oder WRL/VRML-Format (für full-color 3D Drucken) abgespeichert werden. Beide Formate sind sehr verbreitet und werden von den gewöhnlichen Programmen unterstützt, oder man wählt den Umweg über ein anderes Austauschformat wie .step, .iges, .3ds, .dxf, usw.).

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Meiner Meinung nach kennt fast jeder von Euch das berühmte 3D Programm Google SketchUp. Dies ist eines der besten und berühmtesten kostenlosen 3D-Tools, damit man auch Modelle furs 3D-Drucken erstellen kann. Sketchup ist sicherlich eine der am einfachsten zu erlernenden und zu bedienende Software zur Erstellung von 3D Modellen. Wenn wir eine Geometrie bauen möchten, die wir später drucken wollen, müssen mehrere Aspekten berücksichtigt werden, al zum Beispiel bei gewöhnlichen Architekturvisualisierungen. Für ein Render brauchen wir keine Solid-Volumenkörper, Ebenen und Flächen reichen in den meisten Fällen, die brauchen wir ja nur für ein Bild oder eine Animation bzw. Komputerspiel.

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CAD-Pakete, vor allem solche, die für den Einsatz im Maschinenbau konzipiert wurden, unterstützen häufig den Modellaufbau nur aus Körpern, was viele Fehler von vornherein vermeidet. Aber auch für Spieldesign oder Rendering optimierte Software wie z.B. das OpenSource-Programm Blender lässt sich, unter Berücksichtigung der hier gezeigten Prinzipien, für die Generierung von 3D-Daten für Rapid Prototyping nutzen.

Der Startpunkt für den 3D-Druck ist immer eine am Computer zuvor erstellte dreidimensionale CAD-Datei, die ein Volumenmodell sein muss. Unser Modell (Mesh) muss sozusagen wasserdicht sein, das heisst, dass die Oberfläche des Objekts muss geschlossen werden, zweidimensionale Elementen wie zum Beispiel Platten, Linien und Schalen ohne Dicke sind nicht erlaubt. Ein Volumenmodell, wie z.B. ein Würfel, beschreibt die gesamte Oberfläche eines Objekts, im Gegensatz dazu sind in einem Netz nur die Kanten beschrieben. Fürs 3D-Drucken muss man Modelle sehr sorgfältig planen : man benötigt einen durch eine geschlossene Hülle definierten Körper. Alle Flächen, aus denen der Körper aufgebaut ist, müssen ohne Lücken und Überschneidungen zusammenpassen. Alle Details müssen vollständig als Körper modelliert und mit den benachbarten Flächen verschmolzen sein.

Es gibt zum Glück schon zahlreiche Objektbibliotheken, die besonders für 3D-Druck geeignet sind, andere Bibliotheken (z.B. für Architektur) sind zu vermeiden, da viele vorgefertigte Objekte nicht für den 3D-Druck ausgelegt sind und dementsprechend fürs Drucken ungeeignet sein können. Thingiverse, GrabCad, ObjectShop und Shapeking sind die besten Seiten, ich habe aich welche von meinen Designs da veröffentlicht und kostenlos zur Verfügung gestellt. Falls wir unser Modell selbst fertigen möchten, ist Google SketchUp das wohl am einfachsten zu bedienende 3D Modellierungsprogramm. Um .stl Dateien erzeugen zu können, muss noch das STL Plugin auch installiert werden. Das Plugin einfach in den “Plugins” Ordner im Google Sketchup Ordner kopieren, danach das Programm starten und unter Tools erscheint dann unten der Punkt Export to stl.

Wenn wir schon fertig mit unserem 3D-Modell sind, müssen wir es noch mal überprüfen. Zum Glück gibt es welche Online-Service zum Reparieren von STL-Dateien, fall wir irgendwelche Fehler beim 3D-Modellieren gemacht haben. Die Netfabb Software ist nicht nur ein kostenloser Viewer für CAD-Daten im STL-Format, sie ermöglicht dem Benutzer, die Daten zu bearbeiten, reparieren und einfache Baujobs für die additive Fertigung vorzubereiten.

Die zuvor gespeicherte STL Datei wird zuerst im Slicing-Programm (wie z.B. Slic3r)geladen, wo wir alle die zum 3D-Drucken benötigten Parameter wie z.B. Extruder-Geschwindigkeit, Schichthöhe, Füllung, Temperatur etc. einstellen können. Die hier eingestellten Prameter werden dann im Anschluß mit dem fertigen 3D-Modell als G-Code Datei gespeichert. Die G-Code Datei kann auf Wunsch in einem Texteditor angeschaut werden damit wir unser 3D-Druck vor dem Beginn noch einmal checken können. Dort sind die Parameter und die Anweisungen für die einzelnen Schichten lesbar enthalten. Es gibt schon ein G-Code Visualizer auch furs Handy.

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Unsere Modelle müssen auch mechanischen Belastungen standhalten können: Um den Druckvorgang, das Entfernen von der Platte, muss ein Modell entsprechend robust ausgelegt sein. Der 3D-Drucker baut die Modelle Schicht für Schicht, und die einzelnen Schichten, aus denen der 3D-Drucker ein Objekt aufbaut, sind im allgemeinen 0.1 mm (100 micron) hoch. Die meisten 3D-Drucker unterstützen verschiedene Schichthöhen von 0.1 mm bis 0.4  mm. Eine weitere Einschränkung stellt die verwendetet Software dar, mit der ein Modell gesliced wird (für den Drucker vorbereitet wird).Dementsprechend werden kleinere Details unter 0.5 mm oft nicht dargestellt oder gar nicht sichtbar. Wenn ein Modell stark skaliert wird (z.B. Architekturmodell), muss besonders darauf geachtet werden, dass die Mindestgrößen im Druckmaßstab noch eingehalten werden!

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Ich hoffe, dass ihr auch welche nutzvolle Informationen in dem heutigen Eintrag gefunden habt, und ich müsste mich schon am Anfang entschuldigen da ich mich so selten mit neuen Artikeln melden kann. Zur Zeit habe ich auch ein paar RepRaps zusammengebaut, in der Zukunft werde ich darüber natürlich auch berichten! Mach’s gut!;)