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Wagen wir die Reparatur—Phase 3: Reproduktion

Dies ist eine der Anleitungen aus unserer Serie für den Dare to Repair-Wettbewerb für 3D-gedruckte Ersatzteile. Diese Anleitung beschreibt die erste Phase des Projekts: Zerlegung. Erstmaligen Lesern wird empfohlen, die gesamte Anleitung zu lesen; erfahrene Leser können sich an der Kurzübersicht in jedem Schritt orientieren.

Für weitere Informationen – einschließlich Regeln, Richtlinien zur Einreichung und Preisen – schau dir unsere Ankündigung zum Dare to Repair-Wettbewerb auf unserem Blog an. Vergiss nicht, dass deine Einreichungen bis Montag, den 14. Mai fällig sind.

Zur einfachen Übersicht findest du hier eine vollständige Liste der Anleitungen dieser Serie:

Der letzte Schritt des Prozesses ist die tatsächliche Reproduktion des Bauteils anhand des 3D-Modells, das du erstellt hast. 3D-Druck ist tatsächlich sehr zugänglich: 3D-Drucker werden in öffentlichen Arbeitsbereichen wie FabLabs, Makerspaces, Bibliotheken und verschiedenen technologiebezogenen Arbeitsbereichen zunehmend verfügbar. Darüber hinaus können Besitzer von 3D-Druckern sich auf Plattformen wie 3D Hubs registrieren und ihren Drucker als kostenpflichtigen Service zur Verfügung stellen! Es gibt auch professionelle 3D-Druckdienste, die gegen Bezahlung Zugang zu Industriemaschinen, Materialien und überlegener Qualität bieten. Wir konzentrieren uns auf den niederschwelligen Zugang zu Desktop-3D-Druckern.

Du benötigst deinen Computer erneut, um dein frisch erstelltes 3D-Modell für den Druck vorzubereiten. Wie du wahrscheinlich schon getan hast, sollte dein Modell auf Integrität geprüft und in das Dateiformat .STL exportiert werden. Als Ergebnis dient eine triangulierte Version deines Modells, die nur aus den Oberflächen des Volumens mittels verbundener Dreiecke besteht, als Grundlage für deinen 3D-Druck.

Dieses Modell wird in Schichten und einen Werkzeugpfad für den 3D-Drucker „gesliced“, damit er weiß, wie er dein Modell aufbauen soll. Du benötigst dafür eine spezielle Slicer-Software, wenn du den Druckauftrag selbst vorbereitest. Wenn du selbst druckst, möchtest du wahrscheinlich Cura dafür verwenden, es sei denn, der Drucker erfordert eine spezielle Software (informiere dich dazu auf der Website des jeweiligen Herstellers). Cura ist kostenlos, Open Source und mit einer Vielzahl von Druckern kompatibel. Lade es hier herunter. Wenn du dich für einen Druckservice entschieden hast, erledigen sie das Slicing für dich.

Lokale Läden, Arbeitsbereiche, Bibliotheken, technologiebezogene (Bildungs-)Organisationen oder sogar dein Nachbar haben vielleicht einen 3D-Drucker. Du kannst auch online prüfen, ob ein FabLab oder Hackerspace (gemeinschaftlich betriebene Arbeitsbereiche für Hobbyisten) in deiner Nähe einen 3D-Drucker hat. Diese sind oft für jeden gegen eine kleine Gebühr, als Workshop oder im Rahmen einer Mitgliedschaft zugänglich. Frag dich um! Andernfalls bieten die folgenden Online-Plattformen Informationen über verfügbare Drucker und Druckdienste in der Nähe.

3D Hubs
MakeXYZ
Standorte von FabLabs
Liste der Hackerspaces(prüfe, ob sie einen 3D-Drucker haben)

Eine weitere Option ist es, deinen 3D-Druck online bei einem professionellen 3D-Druckservice in Auftrag zu geben. Du lädst dein Modell auf deren Website hoch, wählst ein Material aus und das Bauteil wird innerhalb von etwa einer Woche zu dir nach Hause geliefert. Solche Dienste verfügen oft über Industriemaschinen und bieten daher andere Materialien und eine überlegene Qualität gegen Kosten. Die folgenden Dienste gehören zu den beliebtesten 3D-Druckdiensten. (Lies mehr über 3D-Druckdienste auf All3dp.com.)

Bevor du den Druckauftrag erteilst, stelle sicher, dass dein Modell intakt und für den 3D-Druck geeignet ist! Wenn du dein Bauteil per 3D-Scan erfasst hast, stelle sicher, dass du eine Fehleranalyse in Remake durchgeführt hast.

Wenn du das Modell selbst in CAD erstellt hast, musst du dir wahrscheinlich keine Sorgen machen. Du kannst das Modell jederzeit in deine Slicer-Software laden und sehen, ob der Import erfolgreich ist. Prüfe auch, ob dein Bauteil dünne Stellen aufweist; sie sollten mindestens 1–2 mm dick sein, um druckbar zu sein. Wenn du dir bezüglich der Druckbarkeit deines Bauteils unsicher bist, wirf einen Blick in die Wissensdatenbank von 3D Hubs.

Wenn du bei einem Druckdienst druckst, lade das Modell dort hoch und hole dir Beratung zu deinem Druckauftrag ein. Einige Dienste bieten eine Prüfung der Modellintegrität, ein Preisangebot oder sogar eine Designoptimierung an.

Slicing eines Modells in Cura. Die „Schichten“-Ansicht zeigt den Werkzeugpfad, der die Hülle des Modells (rot und gelb), die Füllung (grün) und das Stützmaterial (türkis) aufbaut.

Eine andere Ausrichtung hat einen großen Einfluss auf den Druck. Obwohl es so aussieht, als würde weniger Stützmaterial benötigt, müssen die überhängenden Hohlräume ebenfalls mit Stützen gefüllt werden. Die Außenseite des Bauteils wird dann nicht durch Kontaktspuren der Stützen beeinträchtigt, die Innenseite jedoch schon. In diesem Fall ist es wahrscheinlich gewünscht, eher Markierungen auf der Außenseite als auf der Innenseite zu haben, da diese Details kritischer sind und die Stützen dann leichter entfernt werden können.

Vor dem Druck muss das 3D-Modell für den spezifischen Drucker vorbereitet werden. Slicer-Software schneidet das Modell in sehr dünne, druckbare Schichten, entsprechend den von dir bereitgestellten Einstellungen. Diese Schichten werden dann in einem Pfad nachgezeichnet, dem der Druckkopf folgen kann. Dieser Werkzeugpfad, zusammen mit Temperatur, Extrusionsgeschwindigkeit und verschiedenen anderen Einstellungen, sagt deinem Drucker, wie er dein Modell drucken soll! Du lädst diesen „GCode“ auf deine jeweilige Maschine hoch, oft per USB-Stick oder SD-Karte.

Neben Druckereinstellungen und Slicing enthalten Slicer-Programme wie Cura oft Tools zur Druckoptimierung. Drei davon sind sehr hilfreich: Stützstruktur, Druckbett-Haftung und die Füllungseinstellung.

Bauteile sind selten ohne Stützmaterial zwischen dem Druckbett (der Oberfläche, auf der das Bauteil aufgebaut wird) und überhängender Geometrie direkt druckbar. Wenn du Schicht für Schicht druckst, benötigst du eine vorherige Schicht zum Draufdrucken. Wenn während des Drucks Geometrie in der Luft schwebt, wird die Stützstruktur von Cura automatisch generiert! Dieses zusätzliche Material wird ebenfalls in Schichten gedruckt, kann aber nach dem Druck leicht abgebrochen werden. Es hinterlässt jedoch oft Markierungen am Verbindungsteil.
Die erste Schicht des Drucks ist entscheidend; sie muss auf dem Bett haften, sonst verformt sich das Bauteil durch die Druckhitze. Cura kann ein zusätzliches Materialband in der ersten Schicht um die Kontur des Bauteils erzeugen, das deinem Bauteil hilft, besser auf dem Bett zu haften, genannt Brim (Rand).
Die Füllungseinstellung in Cura kann dazu beitragen, die Druckzeit und die Materialkosten erheblich zu senken, wenn du große, massive Volumina hast. Das Volumenelement muss in den meisten Fällen nicht vollständig massiv gedruckt werden. Stattdessen kannst du ein Muster und einen Prozentsatz auswählen, mit dem Cura Füllung erzeugt, um das ansonsten massiv gedruckte Volumen zu ersetzen. Im Allgemeinen ist eine Füllung von nur 20 % stark genug, da die äußere „Hülle“ immer massiv gedruckt wird.

Wenn du dein Modell in Cura lädst, beginnt es automatisch mit dem Slicing. Wenn du die Ansicht auf „Schichten“ einstellst, nachdem das Slicing abgeschlossen ist, kannst du den Werkzeugpfad und die generierten Stützstrukturen überprüfen.

In den meisten Fällen wirst du dein Modell neu ausrichten müssen, um die Stützstruktur zu minimieren. Achte auch auf die Aufbaurichtung. Da die Schichten über die vertikale (Z-)Achse gestapelt werden, ist das Bauteil in dieser Richtung deutlich schwächer. Dies liegt an der Schichthaftung, die schwächer ist als die Materialverbindungen innerhalb einer Schicht.

Hier sind drei Hauptaspekte, auf die du bei der Ausrichtung achten solltest:

Flach hinlegen. Halte das Bauteil so flach wie möglich auf dem Bett, um die Stützstruktur auf ein Minimum zu reduzieren. Vermeide außerdem Überhänge über anderen Abschnitten des Bauteils, da diese sich mit Stützmaterial füllen werden. Ziele auf Überhangwinkel von maximal 45 Grad ab.
Feine Details nach oben. Da Stützmaterial wahrscheinlich die visuelle Qualität deines Bauteils beeinträchtigt, wo es Kontakt hat, halte feine Details oben.
Aufbaurichtung. Wenn du ein mechanisches Bauteil druckst, versuche, die tragenden Merkmale auf die XZ-Ebene auszurichten, damit die einzelnen Schichten und nicht der Stapel die Kräfte aufnehmen. Denk an einen Balken: Wenn du ihn vertikal druckst, besteht er aus einem großen Stapel kleiner Schichten, die unter Belastung leicht brechen. Drucke ihn stattdessen flach, um die Festigkeit der einzelnen Schichten über die gesamte Länge zu nutzen.

Du solltest ein Material basierend auf deinen Ergebnissen aus der Zerlegungsphase auswählen. Das von dir gewählte Material sollte mit den Funktionen des Bauteils übereinstimmen, da dein Bauteil sonst versagen oder nicht den ursprünglichen Anforderungen entsprechen wird.

Hier ist ein Online-Tool, das dir bei der Auswahl eines geeigneten 3D-Druckmaterials für deinen Fall hilft!

Materialauswahl-Tool

Das Tool umfasst fünf der gängigsten harten Kunststoffe für Desktop-Drucker: PLA, ABS, PET, Nylon und PC. Wenn du dir bei deiner Auswahl unsicher bist, frage einen 3D-Druck-Experten. Eine ausführlichere Liste (und einen Vergleich) von 3D-Druckmaterialien findest du auf All3dp.com.

Neuere Drucker können ein Modell in zwei Materialien gleichzeitig drucken! Das ist sehr hilfreich, wenn du das Material PVA als Sekundärmaterial lädst: PVA ist ein alkoholbasiertes, wasserlösliches Material, das zum Drucken von Stützstrukturen verwendet werden kann. Du kannst die Stützstruktur dann einfach in Wasser auflösen, was fast keine Spuren auf dem gedruckten Bauteil hinterlässt.

Jetzt hast du den eigentlichen Druckauftrag erreicht! Wenn du bei einem Service druckst, wähle einfach das richtige Material und lade dein Modell hoch. Du erhältst wahrscheinlich einen Hinweis zu den Kosten und der Lieferzeit für dein Produkt. Viel Erfolg!

Falls du selbst druckst, mache dich mit dem von dir verwendeten Drucker vertraut (lies das Benutzerhandbuch!). Nachdem du dein Modell in Cura gesliced hast, schreibe den GCode auf eine SD-Karte und stecke sie in den Drucker. Stelle sicher, dass noch genug Material im Drucker ist, oder lege eine neue Spule ein. Starte den Drucker und schaue regelmäßig vorbei, um zu sehen, ob er fehlerfrei druckt. Prüfe insbesondere die ersten paar Schichten, um sicherzustellen, dass sie gut auf dem Druckbett haften!

Nach dem Druck prüfe auf etwaige Druckfehler, entferne jegliches Stützmaterial mit einem scharfen Messer und Schleifpapier, reinige den Druck mit etwas Wasser und Seife – und schon bist du wahrscheinlich bereit, dein frisch erstelltes Ersatzteil wieder in dein kaputtes Produkt einzubauen!

Wenn dein Druck nicht beim ersten Mal perfekt ist, ziehe die folgenden Tipps zur Fehlerdiagnose in Betracht:

Ist Material im Weg, wenn du das neue Bauteil wieder in das Produkt einbaust? - Prüfe, ob du Material entfernen kannst: Bohre Löcher auf, schneide Material mit einem scharfen Messer ab oder schleife es ab, damit es passt.
Passt, verbindet oder fluchtet dein Druck nicht? - Du musst zu deinem Modell zurückkehren und die fehlerhafte Geometrie ändern. Überlege, Material „wegzuschneiden“ und Details, die nicht passen, neu zu modellieren. Drucke erneut.
Ist der Druck zu klein oder zu groß? - Miss eine klare Referenz an deinem Originalbauteil und nimm genau das gleiche Maß an deinem Druck. Teile die Abmessung des Drucks durch die des Originals; das ist der Skalierungsfaktor, den du auf dein Modell anwenden musst, um es korrekt zu skalieren! Drucke erneut.
Sind Details verloren gegangen oder ist das Bauteil aufgrund von Stützmaterial unschön? - Ziehe eine andere Ausrichtung für den Druck in Betracht. Feine Details sollten idealerweise nach oben zeigen! Wenn eine große Oberfläche das Druckbett berührt, überlege, sie komplett flach zu machen, um jegliche Stützstruktur darunter zu eliminieren. Du kannst dich auch nach einem Dual-Extruder-Drucker umsehen, der das Stützmaterial in wasserlöslichem PVA druckt!

Hoffentlich hast du am Ende dieses Prozesses ein gedrucktes Bauteil. Sobald das Bauteil gedruckt ist – und du bestätigt hast, dass es funktioniert – lade dein Modell auf Shapeways hoch. Dokumentiere dann den Einbau deines Ersatzteils in einer iFixit-Anleitung – auf diese Weise kann jeder die von dir erstellten Ressourcen nutzen, um sein kaputtes Produkt zu reparieren. Stelle sicher, dass du deine Anleitung mit dem Dare to Repair-Tag auf iFixit markierst – damit die Jury deine Wettbewerbsbeitrag finden kann. (Weitere Informationen dazu findest du hier.)

Für weitere Informationen über den Wettbewerb, einschließlich Regeln und Preisen – schaue dir die Wettbewerbsseite hier an.