Sie haben noch keinen großformatigen 3D-Drucker? Kein Problem, denn das Fertigungsvolumen (auch als Bauvolumen oder Bauraum bezeichnet) des 3D-Druckers bestimmt nicht die Grenzen des Möglichen. Ähnlich wie Baugruppen vom Smartphone bis zur Autobahnbrücke, die sich aus vielen Einzelkomponenten zusammensetzen, lässt sich auch ein 3D-Modell in kleinere Elemente aufteilen, die nach dem Druck zusammengebaut werden können.
Auch wenn das ganze Modell in das Fertigungsvolumen passt – etwa auch durch platzsparendes Design –, können mit einer solchen Aufteilung eventuell bessere Ergebnisse erzielt werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn mehrere oder einander gegenüberliegende Flächen frei von Stützspuren sein müssen, wenn ein Design komplexe Überhangstrukturen aufweist oder ein Modell Hohlräume enthält, in denen sich das flüssige Kunstharz ansammeln könnte.
Der Druck mehrerer Teile eröffnet auch neue Möglichkeiten, wie z. B. die Anfertigung von Baugruppen, die aus mehreren Materialien bestehen, oder das Kombinieren starrer und flexibler 3D-gedruckter Teile, um Umspritzungen zu simulieren.
Bei der Auswahl einer Verbindungsmethode sollte als wichtigster Faktor die Belastungsfähigkeit der Verbindungsstellen berücksichtigt werden, die wiederum letztendlich vom jeweiligen Anwendungszweck der Teile abhängt:
- Chemische Befestigung: Verwenden Sie ein Bindemittel für Kunstgegenstände, maßstabsgetreue Modelle und komplexe Konturen, die nicht für den funktionalen Einsatz vorgesehen sind oder Schlagfestigkeit erfordern.
- Mechanische Befestigung: Fügen Sie ein Schraubgewinde oder Fächer in funktionale technische Teile ein, die eine robuste mechanische Verbindung erfordern, oder für Komponenten, die wiederholt zusammengesetzt und auseinandergenommen werden müssen.
Der Schwerpunkt dieses Leitfadens ist der 3D-Druck großer, mehrteiliger Modelle im Stereolithografieverfahren (SLA), die anhand von chemischen Befestigungsmitteln miteinander verbunden werden. Im Folgenden finden Sie eine Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte, von der Aufteilung Ihres Modells bis zur Nachbearbeitung und professionellen Fertigstellung.
Auf der Suche nach einem großformatigen 3D-Drucker?
Der Form 3L von Formlabs ist der erste erschwingliche und einfach zu bedienende 3D-Großformatdrucker, der für die zuverlässige Produktion von Teilen in Industriequalität optimiert ist. Der SLA 3D-Drucker Form 3L bietet ein massives Bauvolumen von 30 cm x 33,5 cm x 20 cm zu einem beispiellosen Preis.
Schritt 1: Das Modell aufteilen
Für das Aufteilen von 3D-Modellen empfehlen wir zwei Vorgehensweisen: Gestalten Sie Ihr Design so, dass sich die einzelnen Druckteile von selbst aufeinander ausrichten, oder teilen Sie die Komponenten mit geraden Schnitten auf, die dann während des Befestigungsprozesses aufeinander ausgerichtet werden müssen.
Wenn Sie zahlreiche Einzelteile anfertigen, empfiehlt es sich unabhängig von der gewählten Methode, jedes Teil mit einer eindeutigen Kennzeichnung (Buchstaben, Zahlen) zu versehen, um den späteren Zusammenbau zu vereinfachen.
Ausrichtungselemente hinzufügen
Teilen Sie das Modell mit dem CAD-Tool Ihrer Wahl auf und fügen Sie einfache Ausrichtungselemente wie Schlitze, Stifte, Rillen, Aussparungen und Ränder hinzu oder komplexere wie Schwalbenschwänze und Schnitte, die bestehenden Furchen im Modell folgen.
Das Hinzufügen von Ausrichtungselementen in einem Design kann später beim Zusammenbau der Teile hilfreich sein.
Unter idealen Umständen, vereinfachen diese Elemente das Ausrichten und Zusammenbauen der Teile. Wenn sie aber von Ihren 3D-Modellen abweichen (selbst wenn es nur geringfügig ist) und nicht perfekt aufeinander abgestimmt sind, kann es zu Problemen kommen. Aus diesem Grund sollten Sie nur mit Ausrichtungselementen arbeiten, wenn Ihr Drucker maßgerechte Teile drucken kann, die sich wahrscheinlich nicht verziehen werden.
Mit geraden Schnitten arbeiten
Gerade Schnittlinien im Design des Modells sind weniger aufwändig als Ausrichtungselemente. Sie sind auch fehlertoleranter, z. B. wenn sich die Druckteile ein wenig verziehen oder generell weniger maßgerecht sind.
Durch Kennzeichnung aller Einzelteile des Modells vereinfachen Sie den späteren Zusammenbau.
Ein Nachteil gerader Schnitte besteht darin, dass sich der Zusammenbau zeitaufwändiger gestalten kann, weil jedes Teil manuell ausgerichtet werden muss. Außerdem muss sichergestellt werden, dass die Teile in der richtigen Position verbleiben, bis der Klebstoff sie fest miteinander verbunden hat.
Schritt 2: Das Modell drucken
Beim 3D-Druck im Stereolithografieverfahren (SLA) werden Teile standardmäßig massiv, d. h. in voller Dichte, angefertigt. Je nach Design ist dies für den Druck großer Objekte nicht unbedingt erforderlich. In diesen Fällen können Sie durch den 3D-Druck der äußeren Hülle oder durch Aushöhlen des Designs viel Material und Zeit sparen. Wenn Sie mit einem SLA-3D-Drucker hohle Modelle drucken, müssen Sie darauf achten, Belüftungslöcher hinzuzufügen, um luft- oder kunstharzbedingte Druckvolumen zu vermeiden.
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Durch Aushöhlen des Modells können Sie erhebliche Zeit- und Materialeinsparungen erzielen, da der Drucker nur die äußere Hülle druckt.
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Schritt 3: Die Teile kleben
Wir empfehlen drei Methoden für das Kleben von Teilen je nach deren Größe und Anwendungszweck:
Vergleich der Klebeverfahren
| Epoxid (5–30 Minuten) | Cyanacrylat (CA, „Sekundenkleber“) | Kunstharz | |
|---|---|---|---|
| Vorgesehener Klebebereich | Groß | Klein/Mittel | Klein |
| Lackierbar | Ja | Ja | Ja |
| Schlagfestigkeit | Mittel | Gering | Gering |
Für die größten Teile und die stärkste Haftkraft empfiehlt sich der Einsatz von 5-30-Minuten-Epoxidkleber. Die längere Aushärtungsdauer hilft bei der Ausrichtung größerer Teile, verlangsamt aber ingesamt den Zusammenbau. Die meisten 5-Minuten-Epoxidkleber lassen sich innerhalb von 5 Minuten verarbeiten und erreichen in weniger als einer Stunde ungefähr 75 Prozent ihrer Endfestigkeit.
Für die größten Teile und die stärkste Haftkraft empfehlen wir Epoxidkleber.
Die nächste Option ist Cyanacrylat (CA oder „Sekundenkleber“), mit dem eine schnelle verhältnismäßig starke Verbindung hergestellt wird und das am besten für kleine und mittelgroße Teile geeignet ist. Säubern Sie das Teil gründlich, bevor Sie den Kleber auf die Oberfläche auftragen, da CA nicht gut an verunreinigten Flächen anhaftet. CA weist zwar eine mäßige Schlagfestigkeit auf, ist aber nicht für Anwendungen zu empfehlen, die mit hohen Stoßbelastungen verbunden sind.
Für kleinere Druckteile können Sie auch einfach das flüssige Kunstharz Ihres 3D-Druckers verwenden. Gießen Sie etwas Kunstharz aus der Flasche oder Kartusche in eine Schale, nehmen sie es mit einer Pipette oder einer Spritze auf und übertragen Sie es auf die zu verklebende Fläche. Fügen Sie die Teile zusammen und wischen Sie überschüssiges, an den Kanten austretendes Kunstharz ab. Um das Kunstharz auszuhärten und die Teile miteinander zu verbinden, richten Sie einen 5-mW-UV-Laserlichtstift (405 nm Wellenlänge) auf den Verbindungsbereich der Teile.
Anhand dieser Methode wird wie beim Druck des Teils auf dem SLA-3D-Drucker eine chemische Bindung hergestellt, jedoch ist diese auf kleine Bereiche beschränkt, weil der Kleinleistungslichtstift das Modell nicht tief genug penetrieren kann, um eine starke Verbindung herzustellen.
Hinweis: Beim Umgang mit Kunstharzen immer Schutzausrüstung tragen, wie angemessenen Augenschutz und Handschuhe.
Wie Sie Modelle erstellen, die größer als das Bauvolumen sind
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Schritt 4: Die Teile nachbearbeiten und fertigstellen
Nach dem 3D-Druck und dem Zusammenbau des Modells ist der letzte Schritt die Nachbearbeitung. Dieser Schritt besteht aus der geometrischen Korrektur des Teils, um eine genauso gleichmäßige und ästhetisch ansprechende Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen wie beim Original-3D-Modell und damit optimale Voraussetzungen für die abschließende Lackierung zu schaffen.
Geometrische Korrektur: Ausbessern und Abschleifen
Je nach der Genauigkeit Ihres Druckers und der Größe der gedruckten Teile lassen sich kleine Lücken oder Makel an den Verbindungsstellen der Teile kaum vermeiden. Autokitt (wie Bondo 907) haftet gut am Kunstharz und sollte in dünnen Schichten auf die Oberfläche aufgetragen werden, um diese kleinen Unregelmäßigkeiten zu korrigieren. Schleifen Sie die Stellen nach dem Trocknen jeder Schicht leicht ab, um das Teil in seine endgültige Form zu bringen.
Mit Autokitt (rote Bereiche im Bild) lassen sich kleine Lücken und Unregelmäßigkeiten zwischen den Teilen ausbessern.
Durch Abschleifen können Sie das Modell von Stützspuren und anderen Unregelmäßigkeiten befreien. Beginnen Sie mit behutsamem Trockenschleifen der Oberfläche mit Schleifpapier einer Körnung von etwa 150, um große Stützspuren zu beseitigen und die Kanten, an denen die Teile zusammenkommen, zu nivellieren. Wenn die Oberfläche des Teils ebenmäßig ist, schleifen Sie mit Schleifpapier mit einer Körnung von etwa 320 nass weiter, um alle noch verbleibenden Schichtlinien zu beseitigen. Vermeiden Sie es, das Sandpapier in einem regelmäßigen Muster zu bewegen, weil dies Schleifspuren erzeugen könnte. In den meisten Fällen wird mit diesen beiden Schritten eine ausreichend glatte Oberfläche geschaffen, aber es ist möglich, dass Sie die Schleifpapierkörnung weiter um einen Faktor von etwa 2 erhöhen und das ganze Teil nass schleifen müssen, bis die Oberfläche die gewünschte Glätte aufweist
Maschinelles Schleifen eignet sich am besten für große flache Oberflächen, kann aber schnell kleine Strukturen zerstören. Für kleinere Teile empfehlen wir manuelles Schleifen, für größere eine Kombination aus manuellem und maschinellem Schleifen.
Eine Kombination aus maschinellem und manuellem Schleifen kann bei größeren Teilen erhebliche Zeitersparnisse bewirken. Maschinelles Schleifen eignet sich am besten für große flache Oberflächen, kann aber schnell kleine Strukturen, scharfe Kanten und die für den SLA-Druck typischen subtilen Konturen zerstören. Beim maschinellen Schleifen entsteht außerdem sehr viel Staub, daher ist die Umgebung entsprechend vorzubereiten.
Hinweis: Elektrowerkzeuge erfordern Ihre ungeteilte Aufmerksamkeit sowie das Tragen von Schutzausrüstung. Es kann leicht passieren, dass Sie die Schleifmaschine stationär an einer Stelle halten und diese schnell abtragen, ohne es zu bemerken.
Wenn Sie mit dem Abschleifen Ihres Modells fertig sind, spülen Sie es in Seifenwaser, um Staub oder Rückstände zu entfernen, und trocknen Sie es gründlich, bevor Sie zum letzten Schritt übergehen.
Ästhetische Oberflächenbearbeitung: Grundieren, Abkleben und Lackieren
Durch Grundieren wird sichergestellt, dass der Lack an der Oberfläche anhaftet. Außerdem werden Stellen erkennbar, die vielleicht noch etwas weiter abgeschliffen werden müssen, oder Stützspuren, die man vorher übersehen hat. Eine einfache Kunststoffgrundierung in mattem Grau hebt Details ausgesprochen gut hervor. Beste Ergebnisse erzielen Sie, wenn Sie sie in mehreren dünnen Schichten auftragen. Achten Sie weiter auf Unregelmäßigkeiten, schleifen Sie diese ab und grundieren Sie erneut. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis das ganze Teil eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit aufweist.
Hinweis: Tragen Sie beim Grundieren und Lackieren Schutzausrüstung, u. a. eine für Lackierdämpfe vorgesehene Atemschutzmaske.
Eine einfache graue Grundierung hebt Details außerordentlich gut hervor und hilft Ihnen beim Auffinden von Stellen, die weiter abgeschliffen werden müssen.
Näheres zum Thema Schleifen und Grundieren finden Sie in unserem ausführlichen Leitfaden.
Wird das Modell mehrfarbig lackiert, müssen Sie es abkleben. Überlegen Sie sich zuerst, in welcher Reihenfolge Sie das Modell lackieren möchten. Zu berücksichtigende Faktoren sind Farbe, Opazität und die Größe des Bereichs, der mit der jeweiligen Farbe lackiert werden soll. Beginnen Sie mit den kleineren Teilen, damit Sie weniger abdecken müssen, wenn Sie die größeren Flächen mit der Hauptfarbe lackieren. Verwenden Sie Malerkreppband, um die Kanten und Ecken abzukleben und Papierbogen, um größere Abschnitte abzudecken. Lasergeschnittene Schablonen können bei der Erstellung sauberer Linien, Kreise und komplexer Konturen nützlich sein.
Beim Abkleben ist es wichtig, zunächst die richtige Reihenfolge festzulegen. In unserem Fall wurden die ersten Teile silberfarben lackiert und die Abschnitte, die am Endprodukt silberfarben bleiben sollten wurden mit Malerkrepp abgeklebt, um sie von der nächsten Lackschicht auszuschließen.
Wie beim Grundieren lassen sich auch beim Lackieren beste Ergebnisse erzielen, wenn man statt einer dicken Schicht mehrere dünne Schichten Farbe aufträgt. Für die meisten Sprühlacke sind warme, leicht feuchte und nicht windige Umgebungsbedingungen am besten, aber Sie sollten immer die Herstellerempfehlungen auf der Sprühlackdose selbst bzw. in der technischen Begleitdokumentation lesen.
Berücksichtigen Sie die Trocknungszeit des Lacks: Warten Sie etwas, bevor Sie eine gerade aufgebrachte Lackschicht mit derselben Farbe bestreichen, und lassen Sie den Lack vollständig trocknen, bevor Sie eine neue Farbe auftragen.
Der Bereich, den wir mit Malerkreppband abgeklebt haben, bleibt nach Entfernung des Kreppbands silberfarben.
Einzelheiten zum Lackieren von 3D-gedruckten Teilen erfahren Sie in unserem ausführlichen Leitfaden.
…und was kommt beim Zusammenbau aller dieser Teile heraus?
“Excuse me sir, but that R2-D2 is in prime condition, a real bargain.”
Adrian Tanner, Optical Systems Engineer bei Formlabs, hat diese aus 105 3D-gedruckten Teilen bestehende Reproduktion von R2-D2 auf einem Form 2 SLA 3D-Drucker erstellt. Sie ist sogar mit funktionsfähigen Elektronikkomponenten ausgestattet, die vom Form 2 entlehnt wurden: die Galvo-Treiber für den Sound, die Kartuschen-Abgabeeinheit für die Lämpchen und der Z-Achsenantrieb für den Kuppelmotor.
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Großformatiger Druck macht den Unterschied
In diesem Bericht vergleichen wir betriebsinternen großformatigen 3D-Druck mit dem Form 3L mit anderen Produktionsmethoden, vor allem mit Outsourcing und der Verwendung von FDM-Druckern. Wir stellen auch die Kosten der verschiedenen Methoden einander gegenüber und betrachten, warum sich die Anschaffung eines Form 3L lohnt.
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