Probleme beim 3D Druck
Bericht Konstruktion eines beheizten Drucktisch (von Markus Lützenburger)

Außergewöhnliche Projekte benötigen außergewöhnliche Lösungen. Denn es kommt manchmal anders als man denkt und man muss völlig neue Wege einschlagen.Auch bei dem trivial erscheinenden 3D Druck. So einfach wie es immer dargestellt wird ist es nicht und es gilt immer wieder neue Hürden zu umschiffen. So auch bei den 3D Druckteilen für das Schweighofer AlphaJet Projekt.

Ein bestimmtes Bauteil der Bugfahrwerkaufnahme ist am absoluten Limit was die Grundfläche des druckbaren Bereiches angeht. Also ein großflächiges Bauteil. Das Problem, das bei großflächigen Teilen beim FDM 3D Druck entstehen kann, nennt man im Fachjargon „warping“. Damit bezeichnet man das „Aufziehen“ der Ecken der Bauteile. Dies sollte eigentlich beim verwendeten PLA Druckmaterial nicht auftreten. Aber nur eigentlich…

Woher kommt das? Nun, der Kunststoff wird großflächig in heißer und pastöser Form aufgespritzt. Schicht für Schicht und wird sofort wieder abgekühlt. Hier liegt aber genau das Problem. Es entstehen dadurch Spannungen im Bauteil die dazu führen,  dass sich die unteren Lagen sträker zusammen ziehen als die oberen frischen Schichten. Das zieht die Ecken der Bauteile nach oben. Je mehr Schichten nun dazu kommen und umso größer die Teile,  umso stärker wird dieser Effekt. Die Kräfte die dadurch entstehen sind sehr groß. Das Bauteil selber ist somit Ausschuss.

Man kann diesen Effekt nur entgegnen, in dem der aufgespritzte Kunststoff auf einer höheren Temperatur gehalten wird und das gesamte Bauteil erst nach Druckende langsam abkühlt.  Die Temperatur muss hoch genug sein um die Spannungen aus dem Bauteil zu bekommen, niedrig genug um genügend Festigkeit für die nachfolgenden aufgespritzten Lagen zu erhalten.  Dies erreicht man nur, wenn man eine beheizte und regelbare Druckunterlage hat. Der Replicator2 von MakerBot hat leider kein beheizbares Druckbett. Der Replicator2X hätte dies.  Auf Nachfrage in den USA wurde mir von MakerBot leider  mitgeteilt, dass es nicht möglich ist das beheizbare Druckbett nachzurüsten.

Was nun? Es bleibt also nur eine Möglichkeit: Ein eigenes beheizbares Druckbett für den Replicator2 zu konstruieren und zu fertigen.

Folgende Bedingungen müssen erfüllt werden:

  1. Das Druckbett muss ohne mechanischen Umbau des Druckers in die dafür vorgesehene Halterung passen.
  2. Das neue Druckbett muss in Form und Ausmaß zum Serienbett absolut identisch sein. Auch die Dicke, denn die Einstellung der Z-Achse (der Höhe) ist nachträglich nicht möglich. Dies wird von der Druckersteuerung nicht unterstützt. Das „leveling“ also das Feinjustieren des Druckbetts kann nur im zehntel Millimeter Bereich geschehen und dient nur zur Feinjustierung des Extruderabstands.
  3. Das Druckbett muss eine absolut gleichmäßige Wärmeverteilung haben
  4. Die Druckbettoberfläche muss absolut plan und zur Unterseite planparallel sein.
  5. Die Temperaturen die benötigt werden sind ca. 60°C für PLA und 120°C für ABS Druckmaterialien.
  6. Auswechselbare Druckbettoberflächen für die verschiedenen Druckmaterialien.
  7. Die Steuerung der Druckbettheizung ist zwar autark, nach Druckende muss sich aber die Heizung abschalten. Eine elektronische Anbindung an die Steuerung des Druckers ist nicht möglich.

In Summe eine nicht ganz einfache Aufgabe. Ich entschied mich nach längerer Planungs- und Konstruktionsphase für einen 3- teiligen Aufbau des Druckbettes.

Der erste Teil ist ein aus dem Vollen gefräster Rahmen aus GFK- Material der den maximalen Temperaturen standhält. Der zweite Teil eine Aluminiumplatte mit eingelegter Heizwendel. Der dritte Teil die Druckbettoberfläche die je nach Material ausgetauscht werden kann. Eine dünne Plexiglasplatte, beklebt mit Scotch 3M BlueTape für unbeheizte PLA Drucke kleiner Bauteile, eine dünne GFK-Platte für 60°C beheizte PLA Drucke. Eine dünne, mit Kapton- Tape beklebte Aluminiumplatte für 120°C beheizte ABS Drucke.

Planfraesen Das Schweighofer Alpha Jet Projekt (Teil 29)

Rahmen Platte1 Das Schweighofer Alpha Jet Projekt (Teil 29)

Nun ging es an die Auslegung der Heizung. Hier half wiederum der Zufall. Durch einen Bekannten bekam ich Kontakt zur Firma Präziwa GmbH. Das kleine Unternehmen hat sich auf die Herstellung von Heizkordeln spezialisiert.  Dieser Kontakt war ein absoluter Volltreffer. Mir wurde genau nach meinen Anforderungen eine Heizkordel erstellt. Die Vorgabe war: 24V Spannung, bei 20°C Umgebungstemperatur eine max. Heiztischtemperatur von 160°C zu erreichen. Die Länge der Heizkordel musste exakt 4860mm betragen und einen max. Durchmesser von 3mm. Die benötigte Leistung ca. 150W.

Nach einer Woche bekam ich ein kleines Päckchen mit der Heizkordel. Und diese passte absolut perfekt in die gefräste Wendelnut in der Aluminiumplatte. Auch die Länge stimmte auf den Millimeter. Vielen Dank Hr. Kritzler von Präziwa Heizkordel GmbH!

Rahmen Platte Heizung Das Schweighofer Alpha Jet Projekt (Teil 29)

Einen kleinen Rückschlag gab es noch mit der Aluminiumplatte. Obwohl ich die Platte beidseitig plan gefräst hatte bevor ich die Nut für die Heizwendel fräste, hat sich die Platte nach dem Fräsen der Nut und dem Ausspannen verzogen wie ein welkes Blatt. Die entstandenen Spannungen im Material durch die Nut sind einfach zu hoch und sind auch nach mehrfachen Versuchen nicht in den Griff zu bekommen.

Verzug Aluplatte Das Schweighofer Alpha Jet Projekt (Teil 29)

Hier half wiederum ein längeres persönliches Gespräch mit meinem Aluminium Lieferanten, die Fa. Alu Meier in München, das Problem zu lösen.  Er empfahl mir gegossene und vom Werk plangefräste Aluminiumplatten zu verwenden. Also Präzisions- Alugussplatten, nicht die üblichen gewalzten Platten.  Auch dieser Tipp war Gold wert. Dieses Plattenmaterial ist absolut unempfindlich und spannungsfrei und somit konnte eine absolut plane Heizplatte gefertigt werden.

So sieht nun der montierte Heiztisch aus.

Heiztisch oben Das Schweighofer Alpha Jet Projekt (Teil 29)

In den nächsten Tagen wird die Endmontage und die Heizungssteuerung realisiert. Somit sollte noch vor Weihnachten das letzte, aber mit dem größten Aufwand verbundene Bauteil gedruckt werden können.

Markus Lützenburger

Markus, ich bedanke mich schon jetzt bei dir für deinen Einsatz bei diesem Projekt!
Gerne könnt ihr hier Fragen zum 3D Druck stellen, Markus wird sie euch gerne beantworten.

Ich wünsche allen noch eine schöne Woche.

Gruß
Mario Walter
Modellsport Schweighofer

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