Technische Beeinflussbarkeit der Geschmacksache Kaffee - Benutzerbeiträge [de]

Style-1-Zylinder:Lanzen

2025-02-12T17:30:45Z

Maximilian Beck: /* Maximilian Beck, 18.12.2024 */

= Daniel Hellwig, 12.02.2025 =
Die Lanzen sind an der Maschine montiert. Die Montagehilfe wurde dementsprechend auch so angepasst, dass die Lanzen montiert bleiben können. Auf der Wasserseite musste eine Beilagscheibe in das Distanzstück hinzugefügt werden um die Federkraft weiter zu erhöhen, da die Wasserlanze nicht perfekt in Ihrer Position stehen blieb weil diese schwerer ist als die Dampflanze.

=Daniel Hellwig, 19.01.2025 =

Das Gegenstück zum M25x1 Außengewinde wurde gefertigt, und die Funktionalität des Außengewindes am Distanzstück erfolgreich getestet. Das M25x1 Gewinde wurde richtig konstruiert und gut gedruckt. Da es sich aber im ersten Gewindegang recht schwer einschrauben lässt wird noch eine Fase hinzugefügt. Das gedruckte Adapterstück lässt sich ebenfalls montieren, jedoch muss dieses jetzt aus Messing gefertigt werden, da die wirkenden Kräfte, wenn man an den Lanzen zieht, nach Berechnungen, zu hoch für den Kunststoff sind. Das Problem, dass die Lanze nicht in Ihrer Position stehen bleibt, ist wie folgt gelöst. Die Federkraft wird durch die Einführung einer Federführung erhöht, so dass die Kraft ausreicht, um die Lanze jetzt in Ihrer Position zu halten. Die bisher vorgesehene Beilagscheibe entfällt dadurch. Die Länge des Distanzstückes wurde auf 36 mm angepasst. Es wurde auch eine CAD-Konstruktion der Federführung erstellt, da diese aus Kostengründen in Zukunft bei Instawerk (43) gefertigt werden soll. Dabei wurden um dort auch die Kosten so gering wie möglich zu halten ein paar Vereinfachungen vorgenommen, wie zum Beispiel mehrere für uns unnötige Einsparungen (Rückführung auf Durchmesser) oder den Kugelsitz weggelassen.
Für den Prototypen sollen aber trotzdem vorübergehend die bereits vorhandenen Kugelaufnahmen für eine andere Dampflanze verwendet werden.

= Maximilian Beck, 07.01.2025 =

=== '''Fertigung der Distanzhülse''' ===
Die Distanzhülse liegt in der finalen Version vor und wurde erfolgreich im Material Greentec Pro gedruckt. Die Druckparameter wurden weiter optimiert, um eine möglichst hohe Maßhaltigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Der finale Druck erfolgte mit den folgenden Parametern:

* '''Material:''' Greentec Pro
* '''Infill:''' 100 %
* '''Außenwände:''' 4
* '''Schichthöhe:''' 0,14 mm
* '''Druckzeit:''' ca. 40 Minuten pro Stück

Die Gewinde in der Distanzhülse sind maßhaltig und funktional. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es sinnvoll ist, das Gewinde nach dem Druck einmal nachzuschneiden. Dies stellt sicher, dass das Gewinde reibungsfrei funktioniert und ein schiefes Eindrehen, insbesondere am Gewindeeinstieg, vermieden wird.

Die Maßhaltigkeit des finalen Drucks wurde überprüft und entspricht den Anforderungen. Das verwendete Material Greentec Pro hat sich auch bei der finalen Fertigung als sehr geeignet erwiesen.

=== '''Änderungen im Vergleich zur vorherigen Version (18.12.2024)''' ===
Im Vergleich zur vorherigen Version wurden keine weiteren konstruktiven Änderungen an der Distanzhülse vorgenommen. Die Konstruktion wurde lediglich final überprüft und in der optimierten Version gedruckt. Dabei hat sich gezeigt, dass die Spannung im Bauteil stabil gehalten wird.

=== '''Fertigung des Adapterstücks''' ===
Im Gegensatz zur Distanzhülse wird das Adapterstück in der finalen Version nicht mehr im 3D-Druckverfahren hergestellt. Nach eingehender Prüfung wurde entschieden, die Distanzhülse aus Metall fertigen zu lassen. Diese Entscheidung wurde aufgrund der höheren Stabilitätsanforderungen getroffen, die mit einem Metallbauteil besser erfüllt werden können.

= Maximilian Beck, 18.12.2024 =

=== '''Fertigung Distanzhülse''' ===
Im Rahmen der Fertigung der Distanzhülse wurde der 3D-Druck in PLA durchgeführt. PLA erwies sich aufgrund seiner schnellen Druckzeiten, niedrigen Kosten und der vergleichbaren Maßhaltigkeit zu Greentec Pro als geeignetes Material für die ersten Druckversuche. Zudem konnten wir durch die Verwendung von PLA die aufwendige Trocknungszeit für das feuchtigkeitsanfällige Greentec Pro Material vermeiden.

'''Probleme während der Fertigung'''
# '''Gewindeeinstieg''': Bei den ersten Drucken führte eine unvollständige Gewindestruktur dazu, dass der Gewindeeinstieg erschwert war. Die Druckqualität war zwar gut, jedoch beendete die Konstruktion das Gewinde zu früh, was die Verschraubung beeinträchtigte.
# '''Maßgenauigkeit des Gewindes''': Die Maßgenauigkeit des Gewindes selbst war durch die gegebenen Druckparameter in PLA einwandfrei. Allerdings zeigte sich, dass die ursprüngliche Konstruktion nicht optimal war. Hier waren konstruktive Anpassungen seitens des Prototypenteams erforderlich, um eine saubere Passung zu erreichen.
# '''Druckqualität von PLA''': Der Druck in PLA lieferte insgesamt sehr gute Ergebnisse. Die Oberflächenqualität war sauber, und das Gewinde ließ sich ohne Schwierigkeiten drucken. Der Druckprozess erfüllte alle Anforderungen und war aus fertigungstechnischer Sicht optimal.

'''Fazit''':

Durch die mehrfachen PLA-Drucke konnten die Parameter für den 3D-Druck leicht optimiert werden. Der Druck selbst war durchweg zufriedenstellend, jedoch waren konstruktive Anpassungen nötig, um die Passgenauigkeit des Gewindes sicherzustellen. Der finale Druck des Adapterstücks wird im '''Greentec Pro Material''' mit '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm''' durchgeführt. Dieser Druck wird zur abschließenden Überprüfung der Gewindepassung und Maßhaltigkeit dienen.

=== '''Fertigung Adapterstück ''' ===
Die Fertigung des Adapterstücks begann ebenfalls mit Druckversuchen in '''PLA'''. Hier lag der Schwerpunkt auf der Überprüfung der Gewindepassung sowie der Verbindung zur Lanze im Kugelgelenk. PLA wurde gewählt, um die Druckzeit zu verkürzen und Materialkosten zu reduzieren.

'''Probleme während der Fertigung:'''
# '''Gewindekompatibilität''': Die ersten PLA-Drucke zeigten Schwierigkeiten bei der Passung der Gewinde für die Schlauchkupplung. Diese Probleme waren konstruktionsbedingt, weshalb Anpassungen an den Gewindeeinstellungen erforderlich waren, um eine ordnungsgemäße Verbindung zu ermöglichen.
# '''Stabilität der Lanze im Kugelgelenk''': Nach den erfolgreichen Anpassungen der Gewinde fiel auf, dass die Vorspannung der Lanze im Kugelgelenk nicht ausreichend war. Dies führte dazu, dass die Lanze zu leicht verstellbar war und unter ihrem eigenen Gewicht in ihre Ausgangsposition zurückkehrte.
# '''Maßgenauigkeit des Drucks''': Die Maßgenauigkeit der gedruckten Adapterstück war insgesamt zufriedenstellend. Dennoch blieben gewisse Unsicherheiten bezüglich der Maßhaltigkeit bestehen, die abschließend nur im finalen Druck mit Greentec Pro überprüft werden können.

=== '''Aktueller Status am 18.12.2024''' ===
Nach umfangreichen PLA-Druckversuchen konnten die Parameter für den 3D-Druck optimiert und konstruktive Anpassungen durchgeführt werden. Beide Teile – das '''Adapterstück''' und die '''Distanzhülse''' – scheinen nun konstruktiv fertiggestellt zu sein. Der finale Druck erfolgt mit '''Greentec Pro Material''', '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm'''. Dieser Druck wird im Anschluss vor Ort zur Überprüfung der Gewindepassung und der Maßhaltigkeit kontrolliert, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt sind.

Der gesamte Prozess hat gezeigt, dass der 3D-Druck bereits sehr ausgereift ist und die Fertigungsqualität zuverlässig reproduzierbar ist. Die abschließende Kontrolle wird die letzten offenen Punkte klären.

=Daniel Hellwig, 10.12.2024 =
Die aktuellen 3D-Musterteile aus PLA lassen sich einschrauben. Da aber das M20x1,5 Außengewinde an der Lanze keinen Gewindefreistich besitzt muss hier noch eine kleine Anpassung in der Konstruktion der Distanzhülse erfolgen, sodass die Lanze komplett und schön in das Distanzstück eingeschraubt werden kann. Im Anschluss wird die Distanzhülse aus Greentec gedruckt und getestet. Um die M25x1 Außengewinde der 3D-Musterteile zu testen, welche später in das Distanzrohr geschraubt werden, wurde eine Aluminium-Stange mit Durchmesser 30 mm besorgt. Die Hochschulwerkstatt wird dort das M25x1 Gewinde reindrehen.

=Daniel Hellwig, 04.12.2024=
Die Konstruktion der Gewinde im 3D-Druck für die Distanzhülse sowie das Adapterstück erweisen sich schwerer als gedacht. Die neuen 3D-Musterteile lassen sich erneut nicht einschrauben. Um die Konstruktion der Gewinde schnell voranzutreiben wird der Kontakt mit der 3D-Druck Gruppe intensiviert, wodurch öfter 3D-Musterteile erstellt und schnellere Konstruktionsänderungen ermöglicht werden.

=Daniel Hellwig, 02.12.2024=
Für die Bestellung der Außenrohre bei (43) wurde eine Kostenkalkulation erstellt. Es wurden erneut Konstruktionsänderungen an der Distanzhülse und am Adapterstück vorgenommen. Um diese zu testen, entstehen wieder 3D-Musterteile

=Daniel Hellwig, 25.11.2024 =

==Festigkeitsnachweis Distanzhülse==
Der Festigkeitsnachweis wurde geführt. Dafür ist zuerst der kritische Querschnitt <math>A_{krit} = 97,05 </math> <math>mm^2</math>sowie die kleinste Wandstärke t = 1,4 mm aus den vorhandenen CAD-Dateien zur Distanzhülse ermittelt worden.

Ebenfalls musste ein Zugversuch von der Feder gemacht werden, welche im Distanzstück gegen die Kugelaufnahme drückt. Mithilfe des Hook’schen Gesetzes konnte so die Federsteifigkeit zu k = 4,0 <math>
\frac{N}{mm}</math>bestimmt werden.

Bei derzeitiger Konstruktion wird die Feder im Distanzstück um 5,5 mm eingedrückt. Daraus ergibt sich eine Normalspannung im kritischen Querschnitt der Distanzhülse von <math>\sigma_{Feder}= 0,23</math> MPa

Die Berücksichtigung des Drucks erfolgt unter der Annahme des Auslegungsdrucks p = 4,5 bar. Nach der Kesselformel ergibt sich für die Scherung mit <math>d_i = 20,724</math> mm

<math>
\tau = \frac{p \cdot d_i}{2 \cdot t}</math> = 3,34 MPa

Die Normalspannung welche aufgrund des Drucks wirkt errechnet sich zu <math>\sigma_{Druck} = 1,25</math> MPa.

Nach Addiotion der beiden Normalspannungen wird die resultierende Spannung berechnet.

<math>\sigma_{res} = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2} = 3,65
</math> MPa

Schließlich lässt sich sagen, dass bei diesen oder ähnlichen Auslegungen der Distanzhülse, es zu keinen Problemen bezüglich des Bruchs kommen wird.

==Test der 3D-Musterteile==
Die neuen 3D-Musterteile weisen konstruktive Mängel auf und müssen überarbeitet werden. Der ELSA-Anschluss lässt sich nicht ins Distanzstück einschrauben. Aufgrund der Maßtoleranzen im 3D-Druck, soll die Gewindetiefe ein wenig vergrößert werden, sodass anschließend nach erneutem Druck dieses Problem gelöst ist.

= Daniel Hellwig, 21.11.2024=
Die Gewinde am Adapterstück liegen als Volumenmodell konstruiert vor. Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über dieses Adapterstück wurde nun gelöst, indem die Bohrung im Adapterstück vergrößert worden ist. Dadurch kann das PFA-Rohr einfach hindurchgeführt werden und behindert somit auch nicht die Montage des Außenrohrs bzw. Adapterstücks. Die Änderungen der Konstruktion wurden bereits im CAD durchgeführt.

Ebenfalls wurde das G1/8 Gewinde als Volumenmodell in die Distanzhülse, zur Montage der ELSA-Anschlüsse, konstruiert.

Von beiden Teilen soll ein 3D-Test Druck entstehen.

=Daniel Hellwig, 13.11.2024=
Das Musterteil des Distanzstücks liegt als 3D-Druck vor. Das M20x1,5 Gewinde, welches mitgedruckt wurde, ist prinzipiell funktionsfähig. Für eine finale Version ist die korrekte Konstruktion des M25x1 Außengewindes und M20x1,5 Innengewindes erforderlich. Die Verspannung der Lanzen über eine Feder und Kugelaufnahme ist nicht gegeben. Für die Befestigung des PFA-Rohrs an das Distanzstück soll ein gerader ELSA-Anschluss verwendet werden. Das zugehörige G1/8 Zoll Gewinde muss in die Konstruktion eingebracht werden.

Um Musterteile im 3-D-Druck herstellen zu können, wird von der Konstruktionsgruppe zur Vorbereitung eine Hülse mit M25x1 Außengewinde und M20x1,5 Innengewinde als Volumenmodell konstruiert und als STEP-Datei zur Verfügung gestellt. Daraus, und mithilfe des konstruierten Gewindes vom ELSA-Anschluss, kann dann das gewünschte Distanzstück als CAD-Modell für den 3D-Druck erstellt werden.

Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über ein Adapterstück an der Maschine muss noch geklärt werden. Nicht möglich ist es ebenfalls mit einem ELSA-Anschluss, dies würde sich bei der Montage nicht ausreichend verspannen lassen. Zudem müsste eins der beiden ELSA-Anschlüsse “blind” getroffen werden. Was bei gekrümmten PFA-Rohren unmöglich erscheint. Die Beschaffung des Außenrohrs ist noch ungeklärt. Möglicherweise kann dort die Hochschuleigene Werkstatt aushelfen.

Die Distanzhülse soll zumindest für den Prototypen, ggf. Dauerhaft, als 3D-Druck-Bauteil hergestellt werden. Zur Prüfung der Realisierbarkeit muss ein Festigkeitsnachweis geführt werden. Da die Lanzen über eine Feder und eine Kugelaufnahme im inneren der Distanzhülse verspannt werden, muss, falls diese Distanzhülse 3-D-gedruckt wird, eine Edelstahl Unterlegscheibe zwischen Hülse und Feder eingelegt werden.

=Daniel Hellwig, 09.11.2024=
Die Überprüfung der Lanzen im CAD ergab, dass der Fehler am Befestigungsadapter noch nicht behoben wurde. Die Verschraubung erfolgt laut aktueller Konstruktion immer noch über ein M20, anstatt mit einem M20x1,5 Gewinde. Dies wurde jetzt geändert. Zur Überprüfung des Distanzstücks auf seine Funktion soll nun ein 3D-Musterteil gedruckt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Gewinde wirklich als Volumenmodell vorhanden ist und nicht etwa “nur” auf der Oberfläche dargestellt wird, da sonst das Gewinde nicht mitgedruckt wird.

=Daniel Hellwig, 04.11.2024 =
Um die Dampf- und Teewasserlanze zu installieren, werden Lanzenadapter benötigt. Hierfür soll ein Abgleich zwischen Realteil und Konstruktionszeichnung für Klarheit sorgen. Falls es sich um einen Konstruktionsfehler handelt, wird die Detailentwicklung zum Entwurf neuer Lanzenadapter zu Hilfe gezogen. Der Konstruktionsfortschritt wird im Wiki dokumentiert. Anschließend werden die Adapter bestellt oder über die hochschulinterne Fertigung angefragt. Am Ende müssen die Lanzen mithilfe der neuen Teile montiert werden.

=Felix Kistler, 07.11.2023=
Die Konstruktion der Lanzen ist abgeschlossen. Sowohl Dampf- als auch Teelanze sind bei der 1- und 2-Zylinder-Maschine identisch und werden baugleich dupliziert. Beide Baugruppen sollen in Serie vormontiert werden.

= Armin Rohnen, 17.08.2023=
==Montage der Dampf- und Teewasserlanze==
Die beiden Lanzen werden aus mehreren Einzelteilen zu Baugruppen montiert. Bei der Montage ist auf ausreichende jedoch nicht übermäßige Vorspannung zwischen Lanzenrohr und eigentlicher Lanze zu achten. Die Lanze muss über die Vorspannung einen ausreichend festen Halt besitzen, damit diese nicht selbständig ihre Lage verändert. Erreicht wird dies durch die Verschraubung der Lanzen gegen eine Spannfeder.

Die Lanzenbaugruppen werden mit der Bodenplatte verschraubt und es erfolgt eine Verrohrung zu den jeweiligen Magnetventilen.

==Dokumentation==
Alle erforderlichen Arbeitsschritte der Lanzenmontage sind in einer Montageanleitung zu dokumentieren.

Style-1-Zylinder:Lanzen

2025-02-12T17:29:53Z

Maximilian Beck: /* Maximilian Beck, 07.01.2025 */

= Daniel Hellwig, 12.02.2025 =
Die Lanzen sind an der Maschine montiert. Die Montagehilfe wurde dementsprechend auch so angepasst, dass die Lanzen montiert bleiben können. Auf der Wasserseite musste eine Beilagscheibe in das Distanzstück hinzugefügt werden um die Federkraft weiter zu erhöhen, da die Wasserlanze nicht perfekt in Ihrer Position stehen blieb weil diese schwerer ist als die Dampflanze.

=Daniel Hellwig, 19.01.2025 =

Das Gegenstück zum M25x1 Außengewinde wurde gefertigt, und die Funktionalität des Außengewindes am Distanzstück erfolgreich getestet. Das M25x1 Gewinde wurde richtig konstruiert und gut gedruckt. Da es sich aber im ersten Gewindegang recht schwer einschrauben lässt wird noch eine Fase hinzugefügt. Das gedruckte Adapterstück lässt sich ebenfalls montieren, jedoch muss dieses jetzt aus Messing gefertigt werden, da die wirkenden Kräfte, wenn man an den Lanzen zieht, nach Berechnungen, zu hoch für den Kunststoff sind. Das Problem, dass die Lanze nicht in Ihrer Position stehen bleibt, ist wie folgt gelöst. Die Federkraft wird durch die Einführung einer Federführung erhöht, so dass die Kraft ausreicht, um die Lanze jetzt in Ihrer Position zu halten. Die bisher vorgesehene Beilagscheibe entfällt dadurch. Die Länge des Distanzstückes wurde auf 36 mm angepasst. Es wurde auch eine CAD-Konstruktion der Federführung erstellt, da diese aus Kostengründen in Zukunft bei Instawerk (43) gefertigt werden soll. Dabei wurden um dort auch die Kosten so gering wie möglich zu halten ein paar Vereinfachungen vorgenommen, wie zum Beispiel mehrere für uns unnötige Einsparungen (Rückführung auf Durchmesser) oder den Kugelsitz weggelassen.
Für den Prototypen sollen aber trotzdem vorübergehend die bereits vorhandenen Kugelaufnahmen für eine andere Dampflanze verwendet werden.

= Maximilian Beck, 07.01.2025 =

=== '''Fertigung der Distanzhülse''' ===
Die Distanzhülse liegt in der finalen Version vor und wurde erfolgreich im Material Greentec Pro gedruckt. Die Druckparameter wurden weiter optimiert, um eine möglichst hohe Maßhaltigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Der finale Druck erfolgte mit den folgenden Parametern:

* '''Material:''' Greentec Pro
* '''Infill:''' 100 %
* '''Außenwände:''' 4
* '''Schichthöhe:''' 0,14 mm
* '''Druckzeit:''' ca. 40 Minuten pro Stück

Die Gewinde in der Distanzhülse sind maßhaltig und funktional. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es sinnvoll ist, das Gewinde nach dem Druck einmal nachzuschneiden. Dies stellt sicher, dass das Gewinde reibungsfrei funktioniert und ein schiefes Eindrehen, insbesondere am Gewindeeinstieg, vermieden wird.

Die Maßhaltigkeit des finalen Drucks wurde überprüft und entspricht den Anforderungen. Das verwendete Material Greentec Pro hat sich auch bei der finalen Fertigung als sehr geeignet erwiesen.

=== '''Änderungen im Vergleich zur vorherigen Version (18.12.2024)''' ===
Im Vergleich zur vorherigen Version wurden keine weiteren konstruktiven Änderungen an der Distanzhülse vorgenommen. Die Konstruktion wurde lediglich final überprüft und in der optimierten Version gedruckt. Dabei hat sich gezeigt, dass die Spannung im Bauteil stabil gehalten wird.

=== '''Fertigung des Adapterstücks''' ===
Im Gegensatz zur Distanzhülse wird das Adapterstück in der finalen Version nicht mehr im 3D-Druckverfahren hergestellt. Nach eingehender Prüfung wurde entschieden, die Distanzhülse aus Metall fertigen zu lassen. Diese Entscheidung wurde aufgrund der höheren Stabilitätsanforderungen getroffen, die mit einem Metallbauteil besser erfüllt werden können.

= Maximilian Beck, 18.12.2024 =

=== '''Fertigung Distanzhülse''' ===
Im Rahmen der Fertigung des Distanzhülse wurde der 3D-Druck in PLA durchgeführt. PLA erwies sich aufgrund seiner schnellen Druckzeiten, niedrigen Kosten und der vergleichbaren Maßhaltigkeit zu Greentec Pro als geeignetes Material für die ersten Druckversuche. Zudem konnten wir durch die Verwendung von PLA die aufwendige Trocknungszeit für das feuchtigkeitsanfällige Greentec Pro Material vermeiden.

'''Probleme während der Fertigung'''
# '''Gewindeeinstieg''': Bei den ersten Drucken führte eine unvollständige Gewindestruktur dazu, dass der Gewindeeinstieg erschwert war. Die Druckqualität war zwar gut, jedoch beendete die Konstruktion das Gewinde zu früh, was die Verschraubung beeinträchtigte.
# '''Maßgenauigkeit des Gewindes''': Die Maßgenauigkeit des Gewindes selbst war durch die gegebenen Druckparameter in PLA einwandfrei. Allerdings zeigte sich, dass die ursprüngliche Konstruktion nicht optimal war. Hier waren konstruktive Anpassungen seitens des Prototypenteams erforderlich, um eine saubere Passung zu erreichen.
# '''Druckqualität von PLA''': Der Druck in PLA lieferte insgesamt sehr gute Ergebnisse. Die Oberflächenqualität war sauber, und das Gewinde ließ sich ohne Schwierigkeiten drucken. Der Druckprozess erfüllte alle Anforderungen und war aus fertigungstechnischer Sicht optimal.

'''Fazit''':

Durch die mehrfachen PLA-Drucke konnten die Parameter für den 3D-Druck leicht optimiert werden. Der Druck selbst war durchweg zufriedenstellend, jedoch waren konstruktive Anpassungen nötig, um die Passgenauigkeit des Gewindes sicherzustellen. Der finale Druck des Adapterstücks wird im '''Greentec Pro Material''' mit '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm''' durchgeführt. Dieser Druck wird zur abschließenden Überprüfung der Gewindepassung und Maßhaltigkeit dienen.

=== '''Fertigung Adapterstück ''' ===
Die Fertigung der Adapterstück begann ebenfalls mit Druckversuchen in '''PLA'''. Hier lag der Schwerpunkt auf der Überprüfung der Gewindepassung sowie der Verbindung zur Lanze im Kugelgelenk. PLA wurde gewählt, um die Druckzeit zu verkürzen und Materialkosten zu reduzieren.

'''Probleme während der Fertigung:'''
# '''Gewindekompatibilität''': Die ersten PLA-Drucke zeigten Schwierigkeiten bei der Passung der Gewinde für die Schlauchkupplung. Diese Probleme waren konstruktionsbedingt, weshalb Anpassungen an den Gewindeeinstellungen erforderlich waren, um eine ordnungsgemäße Verbindung zu ermöglichen.
# '''Stabilität der Lanze im Kugelgelenk''': Nach den erfolgreichen Anpassungen der Gewinde fiel auf, dass die Vorspannung der Lanze im Kugelgelenk nicht ausreichend war. Dies führte dazu, dass die Lanze zu leicht verstellbar war und unter ihrem eigenen Gewicht in ihre Ausgangsposition zurückkehrte.
# '''Maßgenauigkeit des Drucks''': Die Maßgenauigkeit der gedruckten Adapterstück war insgesamt zufriedenstellend. Dennoch blieben gewisse Unsicherheiten bezüglich der Maßhaltigkeit bestehen, die abschließend nur im finalen Druck mit Greentec Pro überprüft werden können.

=== '''Aktueller Status am 18.12.2024''' ===
Nach umfangreichen PLA-Druckversuchen konnten die Parameter für den 3D-Druck optimiert und konstruktive Anpassungen durchgeführt werden. Beide Teile – das '''Adapterstück''' und die '''Distanzhülse''' – scheinen nun konstruktiv fertiggestellt zu sein. Der finale Druck erfolgt mit '''Greentec Pro Material''', '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm'''. Dieser Druck wird im Anschluss vor Ort zur Überprüfung der Gewindepassung und der Maßhaltigkeit kontrolliert, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt sind.

Der gesamte Prozess hat gezeigt, dass der 3D-Druck bereits sehr ausgereift ist und die Fertigungsqualität zuverlässig reproduzierbar ist. Die abschließende Kontrolle wird die letzten offenen Punkte klären.

=Daniel Hellwig, 10.12.2024 =
Die aktuellen 3D-Musterteile aus PLA lassen sich einschrauben. Da aber das M20x1,5 Außengewinde an der Lanze keinen Gewindefreistich besitzt muss hier noch eine kleine Anpassung in der Konstruktion der Distanzhülse erfolgen, sodass die Lanze komplett und schön in das Distanzstück eingeschraubt werden kann. Im Anschluss wird die Distanzhülse aus Greentec gedruckt und getestet. Um die M25x1 Außengewinde der 3D-Musterteile zu testen, welche später in das Distanzrohr geschraubt werden, wurde eine Aluminium-Stange mit Durchmesser 30 mm besorgt. Die Hochschulwerkstatt wird dort das M25x1 Gewinde reindrehen.

=Daniel Hellwig, 04.12.2024=
Die Konstruktion der Gewinde im 3D-Druck für die Distanzhülse sowie das Adapterstück erweisen sich schwerer als gedacht. Die neuen 3D-Musterteile lassen sich erneut nicht einschrauben. Um die Konstruktion der Gewinde schnell voranzutreiben wird der Kontakt mit der 3D-Druck Gruppe intensiviert, wodurch öfter 3D-Musterteile erstellt und schnellere Konstruktionsänderungen ermöglicht werden.

=Daniel Hellwig, 02.12.2024=
Für die Bestellung der Außenrohre bei (43) wurde eine Kostenkalkulation erstellt. Es wurden erneut Konstruktionsänderungen an der Distanzhülse und am Adapterstück vorgenommen. Um diese zu testen, entstehen wieder 3D-Musterteile

=Daniel Hellwig, 25.11.2024 =

==Festigkeitsnachweis Distanzhülse==
Der Festigkeitsnachweis wurde geführt. Dafür ist zuerst der kritische Querschnitt <math>A_{krit} = 97,05 </math> <math>mm^2</math>sowie die kleinste Wandstärke t = 1,4 mm aus den vorhandenen CAD-Dateien zur Distanzhülse ermittelt worden.

Ebenfalls musste ein Zugversuch von der Feder gemacht werden, welche im Distanzstück gegen die Kugelaufnahme drückt. Mithilfe des Hook’schen Gesetzes konnte so die Federsteifigkeit zu k = 4,0 <math>
\frac{N}{mm}</math>bestimmt werden.

Bei derzeitiger Konstruktion wird die Feder im Distanzstück um 5,5 mm eingedrückt. Daraus ergibt sich eine Normalspannung im kritischen Querschnitt der Distanzhülse von <math>\sigma_{Feder}= 0,23</math> MPa

Die Berücksichtigung des Drucks erfolgt unter der Annahme des Auslegungsdrucks p = 4,5 bar. Nach der Kesselformel ergibt sich für die Scherung mit <math>d_i = 20,724</math> mm

<math>
\tau = \frac{p \cdot d_i}{2 \cdot t}</math> = 3,34 MPa

Die Normalspannung welche aufgrund des Drucks wirkt errechnet sich zu <math>\sigma_{Druck} = 1,25</math> MPa.

Nach Addiotion der beiden Normalspannungen wird die resultierende Spannung berechnet.

<math>\sigma_{res} = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2} = 3,65
</math> MPa

Schließlich lässt sich sagen, dass bei diesen oder ähnlichen Auslegungen der Distanzhülse, es zu keinen Problemen bezüglich des Bruchs kommen wird.

==Test der 3D-Musterteile==
Die neuen 3D-Musterteile weisen konstruktive Mängel auf und müssen überarbeitet werden. Der ELSA-Anschluss lässt sich nicht ins Distanzstück einschrauben. Aufgrund der Maßtoleranzen im 3D-Druck, soll die Gewindetiefe ein wenig vergrößert werden, sodass anschließend nach erneutem Druck dieses Problem gelöst ist.

= Daniel Hellwig, 21.11.2024=
Die Gewinde am Adapterstück liegen als Volumenmodell konstruiert vor. Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über dieses Adapterstück wurde nun gelöst, indem die Bohrung im Adapterstück vergrößert worden ist. Dadurch kann das PFA-Rohr einfach hindurchgeführt werden und behindert somit auch nicht die Montage des Außenrohrs bzw. Adapterstücks. Die Änderungen der Konstruktion wurden bereits im CAD durchgeführt.

Ebenfalls wurde das G1/8 Gewinde als Volumenmodell in die Distanzhülse, zur Montage der ELSA-Anschlüsse, konstruiert.

Von beiden Teilen soll ein 3D-Test Druck entstehen.

=Daniel Hellwig, 13.11.2024=
Das Musterteil des Distanzstücks liegt als 3D-Druck vor. Das M20x1,5 Gewinde, welches mitgedruckt wurde, ist prinzipiell funktionsfähig. Für eine finale Version ist die korrekte Konstruktion des M25x1 Außengewindes und M20x1,5 Innengewindes erforderlich. Die Verspannung der Lanzen über eine Feder und Kugelaufnahme ist nicht gegeben. Für die Befestigung des PFA-Rohrs an das Distanzstück soll ein gerader ELSA-Anschluss verwendet werden. Das zugehörige G1/8 Zoll Gewinde muss in die Konstruktion eingebracht werden.

Um Musterteile im 3-D-Druck herstellen zu können, wird von der Konstruktionsgruppe zur Vorbereitung eine Hülse mit M25x1 Außengewinde und M20x1,5 Innengewinde als Volumenmodell konstruiert und als STEP-Datei zur Verfügung gestellt. Daraus, und mithilfe des konstruierten Gewindes vom ELSA-Anschluss, kann dann das gewünschte Distanzstück als CAD-Modell für den 3D-Druck erstellt werden.

Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über ein Adapterstück an der Maschine muss noch geklärt werden. Nicht möglich ist es ebenfalls mit einem ELSA-Anschluss, dies würde sich bei der Montage nicht ausreichend verspannen lassen. Zudem müsste eins der beiden ELSA-Anschlüsse “blind” getroffen werden. Was bei gekrümmten PFA-Rohren unmöglich erscheint. Die Beschaffung des Außenrohrs ist noch ungeklärt. Möglicherweise kann dort die Hochschuleigene Werkstatt aushelfen.

Die Distanzhülse soll zumindest für den Prototypen, ggf. Dauerhaft, als 3D-Druck-Bauteil hergestellt werden. Zur Prüfung der Realisierbarkeit muss ein Festigkeitsnachweis geführt werden. Da die Lanzen über eine Feder und eine Kugelaufnahme im inneren der Distanzhülse verspannt werden, muss, falls diese Distanzhülse 3-D-gedruckt wird, eine Edelstahl Unterlegscheibe zwischen Hülse und Feder eingelegt werden.

=Daniel Hellwig, 09.11.2024=
Die Überprüfung der Lanzen im CAD ergab, dass der Fehler am Befestigungsadapter noch nicht behoben wurde. Die Verschraubung erfolgt laut aktueller Konstruktion immer noch über ein M20, anstatt mit einem M20x1,5 Gewinde. Dies wurde jetzt geändert. Zur Überprüfung des Distanzstücks auf seine Funktion soll nun ein 3D-Musterteil gedruckt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Gewinde wirklich als Volumenmodell vorhanden ist und nicht etwa “nur” auf der Oberfläche dargestellt wird, da sonst das Gewinde nicht mitgedruckt wird.

=Daniel Hellwig, 04.11.2024 =
Um die Dampf- und Teewasserlanze zu installieren, werden Lanzenadapter benötigt. Hierfür soll ein Abgleich zwischen Realteil und Konstruktionszeichnung für Klarheit sorgen. Falls es sich um einen Konstruktionsfehler handelt, wird die Detailentwicklung zum Entwurf neuer Lanzenadapter zu Hilfe gezogen. Der Konstruktionsfortschritt wird im Wiki dokumentiert. Anschließend werden die Adapter bestellt oder über die hochschulinterne Fertigung angefragt. Am Ende müssen die Lanzen mithilfe der neuen Teile montiert werden.

=Felix Kistler, 07.11.2023=
Die Konstruktion der Lanzen ist abgeschlossen. Sowohl Dampf- als auch Teelanze sind bei der 1- und 2-Zylinder-Maschine identisch und werden baugleich dupliziert. Beide Baugruppen sollen in Serie vormontiert werden.

= Armin Rohnen, 17.08.2023=
==Montage der Dampf- und Teewasserlanze==
Die beiden Lanzen werden aus mehreren Einzelteilen zu Baugruppen montiert. Bei der Montage ist auf ausreichende jedoch nicht übermäßige Vorspannung zwischen Lanzenrohr und eigentlicher Lanze zu achten. Die Lanze muss über die Vorspannung einen ausreichend festen Halt besitzen, damit diese nicht selbständig ihre Lage verändert. Erreicht wird dies durch die Verschraubung der Lanzen gegen eine Spannfeder.

Die Lanzenbaugruppen werden mit der Bodenplatte verschraubt und es erfolgt eine Verrohrung zu den jeweiligen Magnetventilen.

==Dokumentation==
Alle erforderlichen Arbeitsschritte der Lanzenmontage sind in einer Montageanleitung zu dokumentieren.

Style-1-Zylinder:Lanzen

2025-02-12T17:27:44Z

Maximilian Beck: /* Maximilian Beck, 18.12.2024 */

= Daniel Hellwig, 12.02.2025 =
Die Lanzen sind an der Maschine montiert. Die Montagehilfe wurde dementsprechend auch so angepasst, dass die Lanzen montiert bleiben können. Auf der Wasserseite musste eine Beilagscheibe in das Distanzstück hinzugefügt werden um die Federkraft weiter zu erhöhen, da die Wasserlanze nicht perfekt in Ihrer Position stehen blieb weil diese schwerer ist als die Dampflanze.

=Daniel Hellwig, 19.01.2025 =

Das Gegenstück zum M25x1 Außengewinde wurde gefertigt, und die Funktionalität des Außengewindes am Distanzstück erfolgreich getestet. Das M25x1 Gewinde wurde richtig konstruiert und gut gedruckt. Da es sich aber im ersten Gewindegang recht schwer einschrauben lässt wird noch eine Fase hinzugefügt. Das gedruckte Adapterstück lässt sich ebenfalls montieren, jedoch muss dieses jetzt aus Messing gefertigt werden, da die wirkenden Kräfte, wenn man an den Lanzen zieht, nach Berechnungen, zu hoch für den Kunststoff sind. Das Problem, dass die Lanze nicht in Ihrer Position stehen bleibt, ist wie folgt gelöst. Die Federkraft wird durch die Einführung einer Federführung erhöht, so dass die Kraft ausreicht, um die Lanze jetzt in Ihrer Position zu halten. Die bisher vorgesehene Beilagscheibe entfällt dadurch. Die Länge des Distanzstückes wurde auf 36 mm angepasst. Es wurde auch eine CAD-Konstruktion der Federführung erstellt, da diese aus Kostengründen in Zukunft bei Instawerk (43) gefertigt werden soll. Dabei wurden um dort auch die Kosten so gering wie möglich zu halten ein paar Vereinfachungen vorgenommen, wie zum Beispiel mehrere für uns unnötige Einsparungen (Rückführung auf Durchmesser) oder den Kugelsitz weggelassen.
Für den Prototypen sollen aber trotzdem vorübergehend die bereits vorhandenen Kugelaufnahmen für eine andere Dampflanze verwendet werden.

= Maximilian Beck, 07.01.2025 =

=== '''Fertigung des Adapterstücks''' ===
Das Adapterstück liegt in der finalen Version vor und wurde erfolgreich im Material Greentec Pro gedruckt. Die Druckparameter wurden weiter optimiert, um eine möglichst hohe Maßhaltigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Der finale Druck erfolgte mit den folgenden Parametern:

* '''Material:''' Greentec Pro
* '''Infill:''' 100 %
* '''Außenwände:''' 4
* '''Schichthöhe:''' 0,14 mm
* '''Druckzeit:''' ca. 40 Minuten pro Stück

Die Gewinde im Adapterstück sind maßhaltig und funktional. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es sinnvoll ist, das Gewinde nach dem Druck einmal nachzuschneiden. Dies stellt sicher, dass das Gewinde reibungsfrei funktioniert und ein schiefes Eindrehen, insbesondere am Gewindeeinstieg, vermieden wird.

Die Maßhaltigkeit des finalen Drucks wurde überprüft und entspricht den Anforderungen. Das verwendete Material Greentec Pro hat sich auch bei der finalen Fertigung als sehr geeignet erwiesen.

=== '''Änderungen im Vergleich zur vorherigen Version (18.12.2024)''' ===
Im Vergleich zur vorherigen Version wurden keine weiteren konstruktiven Änderungen am Adapterstück vorgenommen. Die Konstruktion wurde lediglich final überprüft und in der optimierten Version gedruckt. Dabei hat sich gezeigt, dass die Spannung im Bauteil stabil gehalten wird.

=== '''Fertigung der Distanzhülse''' ===
Im Gegensatz zum Adapterstück wird die Distanzhülse in der finalen Version nicht mehr im 3D-Druckverfahren hergestellt. Nach eingehender Prüfung wurde entschieden, die Distanzhülse aus Metall fertigen zu lassen. Diese Entscheidung wurde aufgrund der höheren Stabilitätsanforderungen getroffen, die mit einem Metallbauteil besser erfüllt werden können.

= Maximilian Beck, 18.12.2024 =

=== '''Fertigung Distanzhülse''' ===
Im Rahmen der Fertigung des Distanzhülse wurde der 3D-Druck in PLA durchgeführt. PLA erwies sich aufgrund seiner schnellen Druckzeiten, niedrigen Kosten und der vergleichbaren Maßhaltigkeit zu Greentec Pro als geeignetes Material für die ersten Druckversuche. Zudem konnten wir durch die Verwendung von PLA die aufwendige Trocknungszeit für das feuchtigkeitsanfällige Greentec Pro Material vermeiden.

'''Probleme während der Fertigung'''
# '''Gewindeeinstieg''': Bei den ersten Drucken führte eine unvollständige Gewindestruktur dazu, dass der Gewindeeinstieg erschwert war. Die Druckqualität war zwar gut, jedoch beendete die Konstruktion das Gewinde zu früh, was die Verschraubung beeinträchtigte.
# '''Maßgenauigkeit des Gewindes''': Die Maßgenauigkeit des Gewindes selbst war durch die gegebenen Druckparameter in PLA einwandfrei. Allerdings zeigte sich, dass die ursprüngliche Konstruktion nicht optimal war. Hier waren konstruktive Anpassungen seitens des Prototypenteams erforderlich, um eine saubere Passung zu erreichen.
# '''Druckqualität von PLA''': Der Druck in PLA lieferte insgesamt sehr gute Ergebnisse. Die Oberflächenqualität war sauber, und das Gewinde ließ sich ohne Schwierigkeiten drucken. Der Druckprozess erfüllte alle Anforderungen und war aus fertigungstechnischer Sicht optimal.

'''Fazit''':

Durch die mehrfachen PLA-Drucke konnten die Parameter für den 3D-Druck leicht optimiert werden. Der Druck selbst war durchweg zufriedenstellend, jedoch waren konstruktive Anpassungen nötig, um die Passgenauigkeit des Gewindes sicherzustellen. Der finale Druck des Adapterstücks wird im '''Greentec Pro Material''' mit '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm''' durchgeführt. Dieser Druck wird zur abschließenden Überprüfung der Gewindepassung und Maßhaltigkeit dienen.

=== '''Fertigung Adapterstück ''' ===
Die Fertigung der Adapterstück begann ebenfalls mit Druckversuchen in '''PLA'''. Hier lag der Schwerpunkt auf der Überprüfung der Gewindepassung sowie der Verbindung zur Lanze im Kugelgelenk. PLA wurde gewählt, um die Druckzeit zu verkürzen und Materialkosten zu reduzieren.

'''Probleme während der Fertigung:'''
# '''Gewindekompatibilität''': Die ersten PLA-Drucke zeigten Schwierigkeiten bei der Passung der Gewinde für die Schlauchkupplung. Diese Probleme waren konstruktionsbedingt, weshalb Anpassungen an den Gewindeeinstellungen erforderlich waren, um eine ordnungsgemäße Verbindung zu ermöglichen.
# '''Stabilität der Lanze im Kugelgelenk''': Nach den erfolgreichen Anpassungen der Gewinde fiel auf, dass die Vorspannung der Lanze im Kugelgelenk nicht ausreichend war. Dies führte dazu, dass die Lanze zu leicht verstellbar war und unter ihrem eigenen Gewicht in ihre Ausgangsposition zurückkehrte.
# '''Maßgenauigkeit des Drucks''': Die Maßgenauigkeit der gedruckten Adapterstück war insgesamt zufriedenstellend. Dennoch blieben gewisse Unsicherheiten bezüglich der Maßhaltigkeit bestehen, die abschließend nur im finalen Druck mit Greentec Pro überprüft werden können.

=== '''Aktueller Status am 18.12.2024''' ===
Nach umfangreichen PLA-Druckversuchen konnten die Parameter für den 3D-Druck optimiert und konstruktive Anpassungen durchgeführt werden. Beide Teile – das '''Adapterstück''' und die '''Distanzhülse''' – scheinen nun konstruktiv fertiggestellt zu sein. Der finale Druck erfolgt mit '''Greentec Pro Material''', '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm'''. Dieser Druck wird im Anschluss vor Ort zur Überprüfung der Gewindepassung und der Maßhaltigkeit kontrolliert, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt sind.

Der gesamte Prozess hat gezeigt, dass der 3D-Druck bereits sehr ausgereift ist und die Fertigungsqualität zuverlässig reproduzierbar ist. Die abschließende Kontrolle wird die letzten offenen Punkte klären.

=Daniel Hellwig, 10.12.2024 =
Die aktuellen 3D-Musterteile aus PLA lassen sich einschrauben. Da aber das M20x1,5 Außengewinde an der Lanze keinen Gewindefreistich besitzt muss hier noch eine kleine Anpassung in der Konstruktion der Distanzhülse erfolgen, sodass die Lanze komplett und schön in das Distanzstück eingeschraubt werden kann. Im Anschluss wird die Distanzhülse aus Greentec gedruckt und getestet. Um die M25x1 Außengewinde der 3D-Musterteile zu testen, welche später in das Distanzrohr geschraubt werden, wurde eine Aluminium-Stange mit Durchmesser 30 mm besorgt. Die Hochschulwerkstatt wird dort das M25x1 Gewinde reindrehen.

=Daniel Hellwig, 04.12.2024=
Die Konstruktion der Gewinde im 3D-Druck für die Distanzhülse sowie das Adapterstück erweisen sich schwerer als gedacht. Die neuen 3D-Musterteile lassen sich erneut nicht einschrauben. Um die Konstruktion der Gewinde schnell voranzutreiben wird der Kontakt mit der 3D-Druck Gruppe intensiviert, wodurch öfter 3D-Musterteile erstellt und schnellere Konstruktionsänderungen ermöglicht werden.

=Daniel Hellwig, 02.12.2024=
Für die Bestellung der Außenrohre bei (43) wurde eine Kostenkalkulation erstellt. Es wurden erneut Konstruktionsänderungen an der Distanzhülse und am Adapterstück vorgenommen. Um diese zu testen, entstehen wieder 3D-Musterteile

=Daniel Hellwig, 25.11.2024 =

==Festigkeitsnachweis Distanzhülse==
Der Festigkeitsnachweis wurde geführt. Dafür ist zuerst der kritische Querschnitt <math>A_{krit} = 97,05 </math> <math>mm^2</math>sowie die kleinste Wandstärke t = 1,4 mm aus den vorhandenen CAD-Dateien zur Distanzhülse ermittelt worden.

Ebenfalls musste ein Zugversuch von der Feder gemacht werden, welche im Distanzstück gegen die Kugelaufnahme drückt. Mithilfe des Hook’schen Gesetzes konnte so die Federsteifigkeit zu k = 4,0 <math>
\frac{N}{mm}</math>bestimmt werden.

Bei derzeitiger Konstruktion wird die Feder im Distanzstück um 5,5 mm eingedrückt. Daraus ergibt sich eine Normalspannung im kritischen Querschnitt der Distanzhülse von <math>\sigma_{Feder}= 0,23</math> MPa

Die Berücksichtigung des Drucks erfolgt unter der Annahme des Auslegungsdrucks p = 4,5 bar. Nach der Kesselformel ergibt sich für die Scherung mit <math>d_i = 20,724</math> mm

<math>
\tau = \frac{p \cdot d_i}{2 \cdot t}</math> = 3,34 MPa

Die Normalspannung welche aufgrund des Drucks wirkt errechnet sich zu <math>\sigma_{Druck} = 1,25</math> MPa.

Nach Addiotion der beiden Normalspannungen wird die resultierende Spannung berechnet.

<math>\sigma_{res} = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2} = 3,65
</math> MPa

Schließlich lässt sich sagen, dass bei diesen oder ähnlichen Auslegungen der Distanzhülse, es zu keinen Problemen bezüglich des Bruchs kommen wird.

==Test der 3D-Musterteile==
Die neuen 3D-Musterteile weisen konstruktive Mängel auf und müssen überarbeitet werden. Der ELSA-Anschluss lässt sich nicht ins Distanzstück einschrauben. Aufgrund der Maßtoleranzen im 3D-Druck, soll die Gewindetiefe ein wenig vergrößert werden, sodass anschließend nach erneutem Druck dieses Problem gelöst ist.

= Daniel Hellwig, 21.11.2024=
Die Gewinde am Adapterstück liegen als Volumenmodell konstruiert vor. Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über dieses Adapterstück wurde nun gelöst, indem die Bohrung im Adapterstück vergrößert worden ist. Dadurch kann das PFA-Rohr einfach hindurchgeführt werden und behindert somit auch nicht die Montage des Außenrohrs bzw. Adapterstücks. Die Änderungen der Konstruktion wurden bereits im CAD durchgeführt.

Ebenfalls wurde das G1/8 Gewinde als Volumenmodell in die Distanzhülse, zur Montage der ELSA-Anschlüsse, konstruiert.

Von beiden Teilen soll ein 3D-Test Druck entstehen.

=Daniel Hellwig, 13.11.2024=
Das Musterteil des Distanzstücks liegt als 3D-Druck vor. Das M20x1,5 Gewinde, welches mitgedruckt wurde, ist prinzipiell funktionsfähig. Für eine finale Version ist die korrekte Konstruktion des M25x1 Außengewindes und M20x1,5 Innengewindes erforderlich. Die Verspannung der Lanzen über eine Feder und Kugelaufnahme ist nicht gegeben. Für die Befestigung des PFA-Rohrs an das Distanzstück soll ein gerader ELSA-Anschluss verwendet werden. Das zugehörige G1/8 Zoll Gewinde muss in die Konstruktion eingebracht werden.

Um Musterteile im 3-D-Druck herstellen zu können, wird von der Konstruktionsgruppe zur Vorbereitung eine Hülse mit M25x1 Außengewinde und M20x1,5 Innengewinde als Volumenmodell konstruiert und als STEP-Datei zur Verfügung gestellt. Daraus, und mithilfe des konstruierten Gewindes vom ELSA-Anschluss, kann dann das gewünschte Distanzstück als CAD-Modell für den 3D-Druck erstellt werden.

Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über ein Adapterstück an der Maschine muss noch geklärt werden. Nicht möglich ist es ebenfalls mit einem ELSA-Anschluss, dies würde sich bei der Montage nicht ausreichend verspannen lassen. Zudem müsste eins der beiden ELSA-Anschlüsse “blind” getroffen werden. Was bei gekrümmten PFA-Rohren unmöglich erscheint. Die Beschaffung des Außenrohrs ist noch ungeklärt. Möglicherweise kann dort die Hochschuleigene Werkstatt aushelfen.

Die Distanzhülse soll zumindest für den Prototypen, ggf. Dauerhaft, als 3D-Druck-Bauteil hergestellt werden. Zur Prüfung der Realisierbarkeit muss ein Festigkeitsnachweis geführt werden. Da die Lanzen über eine Feder und eine Kugelaufnahme im inneren der Distanzhülse verspannt werden, muss, falls diese Distanzhülse 3-D-gedruckt wird, eine Edelstahl Unterlegscheibe zwischen Hülse und Feder eingelegt werden.

=Daniel Hellwig, 09.11.2024=
Die Überprüfung der Lanzen im CAD ergab, dass der Fehler am Befestigungsadapter noch nicht behoben wurde. Die Verschraubung erfolgt laut aktueller Konstruktion immer noch über ein M20, anstatt mit einem M20x1,5 Gewinde. Dies wurde jetzt geändert. Zur Überprüfung des Distanzstücks auf seine Funktion soll nun ein 3D-Musterteil gedruckt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Gewinde wirklich als Volumenmodell vorhanden ist und nicht etwa “nur” auf der Oberfläche dargestellt wird, da sonst das Gewinde nicht mitgedruckt wird.

=Daniel Hellwig, 04.11.2024 =
Um die Dampf- und Teewasserlanze zu installieren, werden Lanzenadapter benötigt. Hierfür soll ein Abgleich zwischen Realteil und Konstruktionszeichnung für Klarheit sorgen. Falls es sich um einen Konstruktionsfehler handelt, wird die Detailentwicklung zum Entwurf neuer Lanzenadapter zu Hilfe gezogen. Der Konstruktionsfortschritt wird im Wiki dokumentiert. Anschließend werden die Adapter bestellt oder über die hochschulinterne Fertigung angefragt. Am Ende müssen die Lanzen mithilfe der neuen Teile montiert werden.

=Felix Kistler, 07.11.2023=
Die Konstruktion der Lanzen ist abgeschlossen. Sowohl Dampf- als auch Teelanze sind bei der 1- und 2-Zylinder-Maschine identisch und werden baugleich dupliziert. Beide Baugruppen sollen in Serie vormontiert werden.

= Armin Rohnen, 17.08.2023=
==Montage der Dampf- und Teewasserlanze==
Die beiden Lanzen werden aus mehreren Einzelteilen zu Baugruppen montiert. Bei der Montage ist auf ausreichende jedoch nicht übermäßige Vorspannung zwischen Lanzenrohr und eigentlicher Lanze zu achten. Die Lanze muss über die Vorspannung einen ausreichend festen Halt besitzen, damit diese nicht selbständig ihre Lage verändert. Erreicht wird dies durch die Verschraubung der Lanzen gegen eine Spannfeder.

Die Lanzenbaugruppen werden mit der Bodenplatte verschraubt und es erfolgt eine Verrohrung zu den jeweiligen Magnetventilen.

==Dokumentation==
Alle erforderlichen Arbeitsschritte der Lanzenmontage sind in einer Montageanleitung zu dokumentieren.

Style-1-Zylinder:Lanzen

2025-01-08T13:30:50Z

Maximilian Beck: /* Probleme während der Fertigung */

= Maximilian Beck, 07.01.2025 =

=== '''Fertigung des Adapterstücks''' ===
Das Adapterstück liegt in der finalen Version vor und wurde erfolgreich im Material Greentec Pro gedruckt. Die Druckparameter wurden weiter optimiert, um eine möglichst hohe Maßhaltigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Der finale Druck erfolgte mit den folgenden Parametern:

* '''Material:''' Greentec Pro
* '''Infill:''' 100 %
* '''Außenwände:''' 4
* '''Schichthöhe:''' 0,14 mm
* '''Druckzeit:''' ca. 40 Minuten pro Stück

Die Gewinde im Adapterstück sind maßhaltig und funktional. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es sinnvoll ist, das Gewinde nach dem Druck einmal nachzuschneiden. Dies stellt sicher, dass das Gewinde reibungsfrei funktioniert und ein schiefes Eindrehen, insbesondere am Gewindeeinstieg, vermieden wird.

Die Maßhaltigkeit des finalen Drucks wurde überprüft und entspricht den Anforderungen. Das verwendete Material Greentec Pro hat sich auch bei der finalen Fertigung als sehr geeignet erwiesen.

=== '''Änderungen im Vergleich zur vorherigen Version (18.12.2024)''' ===
Im Vergleich zur vorherigen Version wurden keine weiteren konstruktiven Änderungen am Adapterstück vorgenommen. Die Konstruktion wurde lediglich final überprüft und in der optimierten Version gedruckt. Dabei hat sich gezeigt, dass die Spannung im Bauteil stabil gehalten wird.

=== '''Fertigung der Distanzhülse''' ===
Im Gegensatz zum Adapterstück wird die Distanzhülse in der finalen Version nicht mehr im 3D-Druckverfahren hergestellt. Nach eingehender Prüfung wurde entschieden, die Distanzhülse aus Metall fertigen zu lassen. Diese Entscheidung wurde aufgrund der höheren Stabilitätsanforderungen getroffen, die mit einem Metallbauteil besser erfüllt werden können.

= Maximilian Beck, 18.12.2024 =

=== '''Fertigung Adapterstück''' ===
Im Rahmen der Fertigung des Adapterstücks wurde der 3D-Druck in PLA durchgeführt. PLA erwies sich aufgrund seiner schnellen Druckzeiten, niedrigen Kosten und der vergleichbaren Maßhaltigkeit zu Greentec Pro als geeignetes Material für die ersten Druckversuche. Zudem konnten wir durch die Verwendung von PLA die aufwendige Trocknungszeit für das feuchtigkeitsanfällige Greentec Pro Material vermeiden.

'''Probleme während der Fertigung'''
# '''Gewindeeinstieg''': Bei den ersten Drucken führte eine unvollständige Gewindestruktur dazu, dass der Gewindeeinstieg erschwert war. Die Druckqualität war zwar gut, jedoch beendete die Konstruktion das Gewinde zu früh, was die Verschraubung beeinträchtigte.
# '''Maßgenauigkeit des Gewindes''': Die Maßgenauigkeit des Gewindes selbst war durch die gegebenen Druckparameter in PLA einwandfrei. Allerdings zeigte sich, dass die ursprüngliche Konstruktion nicht optimal war. Hier waren konstruktive Anpassungen seitens des Prototypenteams erforderlich, um eine saubere Passung zu erreichen.
# '''Druckqualität von PLA''': Der Druck in PLA lieferte insgesamt sehr gute Ergebnisse. Die Oberflächenqualität war sauber, und das Gewinde ließ sich ohne Schwierigkeiten drucken. Der Druckprozess erfüllte alle Anforderungen und war aus fertigungstechnischer Sicht optimal.

'''Fazit''':

Durch die mehrfachen PLA-Drucke konnten die Parameter für den 3D-Druck leicht optimiert werden. Der Druck selbst war durchweg zufriedenstellend, jedoch waren konstruktive Anpassungen nötig, um die Passgenauigkeit des Gewindes sicherzustellen. Der finale Druck des Adapterstücks wird im '''Greentec Pro Material''' mit '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm''' durchgeführt. Dieser Druck wird zur abschließenden Überprüfung der Gewindepassung und Maßhaltigkeit dienen.

=== '''Fertigung Distanzhülse''' ===
Die Fertigung der Distanzhülse begann ebenfalls mit Druckversuchen in '''PLA'''. Hier lag der Schwerpunkt auf der Überprüfung der Gewindepassung sowie der Verbindung zur Lanze im Kugelgelenk. PLA wurde gewählt, um die Druckzeit zu verkürzen und Materialkosten zu reduzieren.

'''Probleme während der Fertigung:'''
# '''Gewindekompatibilität''': Die ersten PLA-Drucke zeigten Schwierigkeiten bei der Passung der Gewinde für die Schlauchkupplung. Diese Probleme waren konstruktionsbedingt, weshalb Anpassungen an den Gewindeeinstellungen erforderlich waren, um eine ordnungsgemäße Verbindung zu ermöglichen.
# '''Stabilität der Lanze im Kugelgelenk''': Nach den erfolgreichen Anpassungen der Gewinde fiel auf, dass die Vorspannung der Lanze im Kugelgelenk nicht ausreichend war. Dies führte dazu, dass die Lanze zu leicht verstellbar war und unter ihrem eigenen Gewicht in ihre Ausgangsposition zurückkehrte.
# '''Maßgenauigkeit des Drucks''': Die Maßgenauigkeit der gedruckten Distanzhülse war insgesamt zufriedenstellend. Dennoch blieben gewisse Unsicherheiten bezüglich der Maßhaltigkeit bestehen, die abschließend nur im finalen Druck mit Greentec Pro überprüft werden können.

=== '''Aktueller Status am 18.12.2024''' ===
Nach umfangreichen PLA-Druckversuchen konnten die Parameter für den 3D-Druck optimiert und konstruktive Anpassungen durchgeführt werden. Beide Teile – das '''Adapterstück''' und die '''Distanzhülse''' – scheinen nun konstruktiv fertiggestellt zu sein. Der finale Druck erfolgt mit '''Greentec Pro Material''', '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm'''. Dieser Druck wird im Anschluss vor Ort zur Überprüfung der Gewindepassung und der Maßhaltigkeit kontrolliert, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt sind.

Der gesamte Prozess hat gezeigt, dass der 3D-Druck bereits sehr ausgereift ist und die Fertigungsqualität zuverlässig reproduzierbar ist. Die abschließende Kontrolle wird die letzten offenen Punkte klären.

=Daniel Hellwig, 10.12.2024 =
Die aktuellen 3D-Musterteile aus PLA lassen sich einschrauben. Da aber das M20x1,5 Außengewinde an der Lanze keinen Gewindefreistich besitzt muss hier noch eine kleine Anpassung in der Konstruktion der Distanzhülse erfolgen, sodass die Lanze komplett und schön in das Distanzstück eingeschraubt werden kann. Im Anschluss wird die Distanzhülse aus Greentec gedruckt und getestet. Um die M25x1 Außengewinde der 3D-Musterteile zu testen, welche später in das Distanzrohr geschraubt werden, wurde eine Aluminium-Stange mit Durchmesser 30 mm besorgt. Die Hochschulwerkstatt wird dort das M25x1 Gewinde reindrehen.

=Daniel Hellwig, 04.12.2024=
Die Konstruktion der Gewinde im 3D-Druck für die Distanzhülse sowie das Adapterstück erweisen sich schwerer als gedacht. Die neuen 3D-Musterteile lassen sich erneut nicht einschrauben. Um die Konstruktion der Gewinde schnell voranzutreiben wird der Kontakt mit der 3D-Druck Gruppe intensiviert, wodurch öfter 3D-Musterteile erstellt und schnellere Konstruktionsänderungen ermöglicht werden.

=Daniel Hellwig, 02.12.2024=
Für die Bestellung der Außenrohre bei (43) wurde eine Kostenkalkulation erstellt. Es wurden erneut Konstruktionsänderungen an der Distanzhülse und am Adapterstück vorgenommen. Um diese zu testen, entstehen wieder 3D-Musterteile

=Daniel Hellwig, 25.11.2024 =

==Festigkeitsnachweis Distanzhülse==
Der Festigkeitsnachweis wurde geführt. Dafür ist zuerst der kritische Querschnitt <math>A_{krit} = 97,05 </math> <math>mm^2</math>sowie die kleinste Wandstärke t = 1,4 mm aus den vorhandenen CAD-Dateien zur Distanzhülse ermittelt worden.

Ebenfalls musste ein Zugversuch von der Feder gemacht werden, welche im Distanzstück gegen die Kugelaufnahme drückt. Mithilfe des Hook’schen Gesetzes konnte so die Federsteifigkeit zu k = 4,0 <math>
\frac{N}{mm}</math>bestimmt werden.

Bei derzeitiger Konstruktion wird die Feder im Distanzstück um 5,5 mm eingedrückt. Daraus ergibt sich eine Normalspannung im kritischen Querschnitt der Distanzhülse von <math>\sigma_{Feder}= 0,23</math> MPa

Die Berücksichtigung des Drucks erfolgt unter der Annahme des Auslegungsdrucks p = 4,5 bar. Nach der Kesselformel ergibt sich für die Scherung mit <math>d_i = 20,724</math> mm

<math>
\tau = \frac{p \cdot d_i}{2 \cdot t}</math> = 3,34 MPa

Die Normalspannung welche aufgrund des Drucks wirkt errechnet sich zu <math>\sigma_{Druck} = 1,25</math> MPa.

Nach Addiotion der beiden Normalspannungen wird die resultierende Spannung berechnet.

<math>\sigma_{res} = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2} = 3,65
</math> MPa

Schließlich lässt sich sagen, dass bei diesen oder ähnlichen Auslegungen der Distanzhülse, es zu keinen Problemen bezüglich des Bruchs kommen wird.

==Test der 3D-Musterteile==
Die neuen 3D-Musterteile weisen konstruktive Mängel auf und müssen überarbeitet werden. Der ELSA-Anschluss lässt sich nicht ins Distanzstück einschrauben. Aufgrund der Maßtoleranzen im 3D-Druck, soll die Gewindetiefe ein wenig vergrößert werden, sodass anschließend nach erneutem Druck dieses Problem gelöst ist.

= Daniel Hellwig, 21.11.2024=
Die Gewinde am Adapterstück liegen als Volumenmodell konstruiert vor. Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über dieses Adapterstück wurde nun gelöst, indem die Bohrung im Adapterstück vergrößert worden ist. Dadurch kann das PFA-Rohr einfach hindurchgeführt werden und behindert somit auch nicht die Montage des Außenrohrs bzw. Adapterstücks. Die Änderungen der Konstruktion wurden bereits im CAD durchgeführt.

Ebenfalls wurde das G1/8 Gewinde als Volumenmodell in die Distanzhülse, zur Montage der ELSA-Anschlüsse, konstruiert.

Von beiden Teilen soll ein 3D-Test Druck entstehen.

=Daniel Hellwig, 13.11.2024=
Das Musterteil des Distanzstücks liegt als 3D-Druck vor. Das M20x1,5 Gewinde, welches mitgedruckt wurde, ist prinzipiell funktionsfähig. Für eine finale Version ist die korrekte Konstruktion des M25x1 Außengewindes und M20x1,5 Innengewindes erforderlich. Die Verspannung der Lanzen über eine Feder und Kugelaufnahme ist nicht gegeben. Für die Befestigung des PFA-Rohrs an das Distanzstück soll ein gerader ELSA-Anschluss verwendet werden. Das zugehörige G1/8 Zoll Gewinde muss in die Konstruktion eingebracht werden.

Um Musterteile im 3-D-Druck herstellen zu können, wird von der Konstruktionsgruppe zur Vorbereitung eine Hülse mit M25x1 Außengewinde und M20x1,5 Innengewinde als Volumenmodell konstruiert und als STEP-Datei zur Verfügung gestellt. Daraus, und mithilfe des konstruierten Gewindes vom ELSA-Anschluss, kann dann das gewünschte Distanzstück als CAD-Modell für den 3D-Druck erstellt werden.

Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über ein Adapterstück an der Maschine muss noch geklärt werden. Nicht möglich ist es ebenfalls mit einem ELSA-Anschluss, dies würde sich bei der Montage nicht ausreichend verspannen lassen. Zudem müsste eins der beiden ELSA-Anschlüsse “blind” getroffen werden. Was bei gekrümmten PFA-Rohren unmöglich erscheint. Die Beschaffung des Außenrohrs ist noch ungeklärt. Möglicherweise kann dort die Hochschuleigene Werkstatt aushelfen.

Die Distanzhülse soll zumindest für den Prototypen, ggf. Dauerhaft, als 3D-Druck-Bauteil hergestellt werden. Zur Prüfung der Realisierbarkeit muss ein Festigkeitsnachweis geführt werden. Da die Lanzen über eine Feder und eine Kugelaufnahme im inneren der Distanzhülse verspannt werden, muss, falls diese Distanzhülse 3-D-gedruckt wird, eine Edelstahl Unterlegscheibe zwischen Hülse und Feder eingelegt werden.

=Daniel Hellwig, 09.11.2024=
Die Überprüfung der Lanzen im CAD ergab, dass der Fehler am Befestigungsadapter noch nicht behoben wurde. Die Verschraubung erfolgt laut aktueller Konstruktion immer noch über ein M20, anstatt mit einem M20x1,5 Gewinde. Dies wurde jetzt geändert. Zur Überprüfung des Distanzstücks auf seine Funktion soll nun ein 3D-Musterteil gedruckt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Gewinde wirklich als Volumenmodell vorhanden ist und nicht etwa “nur” auf der Oberfläche dargestellt wird, da sonst das Gewinde nicht mitgedruckt wird.

=Daniel Hellwig, 04.11.2024 =
Um die Dampf- und Teewasserlanze zu installieren, werden Lanzenadapter benötigt. Hierfür soll ein Abgleich zwischen Realteil und Konstruktionszeichnung für Klarheit sorgen. Falls es sich um einen Konstruktionsfehler handelt, wird die Detailentwicklung zum Entwurf neuer Lanzenadapter zu Hilfe gezogen. Der Konstruktionsfortschritt wird im Wiki dokumentiert. Anschließend werden die Adapter bestellt oder über die hochschulinterne Fertigung angefragt. Am Ende müssen die Lanzen mithilfe der neuen Teile montiert werden.

=Felix Kistler, 07.11.2023=
Die Konstruktion der Lanzen ist abgeschlossen. Sowohl Dampf- als auch Teelanze sind bei der 1- und 2-Zylinder-Maschine identisch und werden baugleich dupliziert. Beide Baugruppen sollen in Serie vormontiert werden.

= Armin Rohnen, 17.08.2023=
==Montage der Dampf- und Teewasserlanze==
Die beiden Lanzen werden aus mehreren Einzelteilen zu Baugruppen montiert. Bei der Montage ist auf ausreichende jedoch nicht übermäßige Vorspannung zwischen Lanzenrohr und eigentlicher Lanze zu achten. Die Lanze muss über die Vorspannung einen ausreichend festen Halt besitzen, damit diese nicht selbständig ihre Lage verändert. Erreicht wird dies durch die Verschraubung der Lanzen gegen eine Spannfeder.

Die Lanzenbaugruppen werden mit der Bodenplatte verschraubt und es erfolgt eine Verrohrung zu den jeweiligen Magnetventilen.

==Dokumentation==
Alle erforderlichen Arbeitsschritte der Lanzenmontage sind in einer Montageanleitung zu dokumentieren.

Style-1-Zylinder:Lanzen

2025-01-08T13:29:03Z

Maximilian Beck: /* Maximilian Beck, 18.12.2024 */

= Maximilian Beck, 07.01.2025 =

== '''Fertigung des Adapterstücks''' ==
Das Adapterstück liegt in der finalen Version vor und wurde erfolgreich im Material Greentec Pro gedruckt. Die Druckparameter wurden weiter optimiert, um eine möglichst hohe Maßhaltigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Der finale Druck erfolgte mit den folgenden Parametern:

* '''Material:''' Greentec Pro
* '''Infill:''' 100 %
* '''Außenwände:''' 4
* '''Schichthöhe:''' 0,14 mm
* '''Druckzeit:''' ca. 40 Minuten pro Stück

Die Gewinde im Adapterstück sind maßhaltig und funktional. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es sinnvoll ist, das Gewinde nach dem Druck einmal nachzuschneiden. Dies stellt sicher, dass das Gewinde reibungsfrei funktioniert und ein schiefes Eindrehen, insbesondere am Gewindeeinstieg, vermieden wird.

Die Maßhaltigkeit des finalen Drucks wurde überprüft und entspricht den Anforderungen. Das verwendete Material Greentec Pro hat sich auch bei der finalen Fertigung als sehr geeignet erwiesen.

== '''Änderungen im Vergleich zur vorherigen Version (18.12.2024)''' ==
Im Vergleich zur vorherigen Version wurden keine weiteren konstruktiven Änderungen am Adapterstück vorgenommen. Die Konstruktion wurde lediglich final überprüft und in der optimierten Version gedruckt. Dabei hat sich gezeigt, dass die Spannung im Bauteil stabil gehalten wird.

== '''Fertigung der Distanzhülse''' ==
Im Gegensatz zum Adapterstück wird die Distanzhülse in der finalen Version nicht mehr im 3D-Druckverfahren hergestellt. Nach eingehender Prüfung wurde entschieden, die Distanzhülse aus Metall fertigen zu lassen. Diese Entscheidung wurde aufgrund der höheren Stabilitätsanforderungen getroffen, die mit einem Metallbauteil besser erfüllt werden können.

= Maximilian Beck, 18.12.2024 =

== '''Fertigung Adapterstück''' ==
Im Rahmen der Fertigung des Adapterstücks wurde der 3D-Druck in PLA durchgeführt. PLA erwies sich aufgrund seiner schnellen Druckzeiten, niedrigen Kosten und der vergleichbaren Maßhaltigkeit zu Greentec Pro als geeignetes Material für die ersten Druckversuche. Zudem konnten wir durch die Verwendung von PLA die aufwendige Trocknungszeit für das feuchtigkeitsanfällige Greentec Pro Material vermeiden.

=== '''Probleme während der Fertigung''' ===

# '''Gewindeeinstieg''': Bei den ersten Drucken führte eine unvollständige Gewindestruktur dazu, dass der Gewindeeinstieg erschwert war. Die Druckqualität war zwar gut, jedoch beendete die Konstruktion das Gewinde zu früh, was die Verschraubung beeinträchtigte.
# '''Maßgenauigkeit des Gewindes''': Die Maßgenauigkeit des Gewindes selbst war durch die gegebenen Druckparameter in PLA einwandfrei. Allerdings zeigte sich, dass die ursprüngliche Konstruktion nicht optimal war. Hier waren konstruktive Anpassungen seitens des Prototypenteams erforderlich, um eine saubere Passung zu erreichen.
# '''Druckqualität von PLA''': Der Druck in PLA lieferte insgesamt sehr gute Ergebnisse. Die Oberflächenqualität war sauber, und das Gewinde ließ sich ohne Schwierigkeiten drucken. Der Druckprozess erfüllte alle Anforderungen und war aus fertigungstechnischer Sicht optimal.

'''Fazit''':

Durch die mehrfachen PLA-Drucke konnten die Parameter für den 3D-Druck leicht optimiert werden. Der Druck selbst war durchweg zufriedenstellend, jedoch waren konstruktive Anpassungen nötig, um die Passgenauigkeit des Gewindes sicherzustellen. Der finale Druck des Adapterstücks wird im '''Greentec Pro Material''' mit '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm''' durchgeführt. Dieser Druck wird zur abschließenden Überprüfung der Gewindepassung und Maßhaltigkeit dienen.

== '''Fertigung Distanzhülse''' ==
Die Fertigung der Distanzhülse begann ebenfalls mit Druckversuchen in '''PLA'''. Hier lag der Schwerpunkt auf der Überprüfung der Gewindepassung sowie der Verbindung zur Lanze im Kugelgelenk. PLA wurde gewählt, um die Druckzeit zu verkürzen und Materialkosten zu reduzieren.

=== '''Probleme während der Fertigung''' ===

# '''Gewindekompatibilität''': Die ersten PLA-Drucke zeigten Schwierigkeiten bei der Passung der Gewinde für die Schlauchkupplung. Diese Probleme waren konstruktionsbedingt, weshalb Anpassungen an den Gewindeeinstellungen erforderlich waren, um eine ordnungsgemäße Verbindung zu ermöglichen.
# '''Stabilität der Lanze im Kugelgelenk''': Nach den erfolgreichen Anpassungen der Gewinde fiel auf, dass die Vorspannung der Lanze im Kugelgelenk nicht ausreichend war. Dies führte dazu, dass die Lanze zu leicht verstellbar war und unter ihrem eigenen Gewicht in ihre Ausgangsposition zurückkehrte.
# '''Maßgenauigkeit des Drucks''': Die Maßgenauigkeit der gedruckten Distanzhülse war insgesamt zufriedenstellend. Dennoch blieben gewisse Unsicherheiten bezüglich der Maßhaltigkeit bestehen, die abschließend nur im finalen Druck mit Greentec Pro überprüft werden können.

== '''Aktueller Status am 18.12.2024''' ==
Nach umfangreichen PLA-Druckversuchen konnten die Parameter für den 3D-Druck optimiert und konstruktive Anpassungen durchgeführt werden. Beide Teile – das '''Adapterstück''' und die '''Distanzhülse''' – scheinen nun konstruktiv fertiggestellt zu sein. Der finale Druck erfolgt mit '''Greentec Pro Material''', '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm'''. Dieser Druck wird im Anschluss vor Ort zur Überprüfung der Gewindepassung und der Maßhaltigkeit kontrolliert, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt sind.

Der gesamte Prozess hat gezeigt, dass der 3D-Druck bereits sehr ausgereift ist und die Fertigungsqualität zuverlässig reproduzierbar ist. Die abschließende Kontrolle wird die letzten offenen Punkte klären.

=Daniel Hellwig, 10.12.2024 =
Die aktuellen 3D-Musterteile aus PLA lassen sich einschrauben. Da aber das M20x1,5 Außengewinde an der Lanze keinen Gewindefreistich besitzt muss hier noch eine kleine Anpassung in der Konstruktion der Distanzhülse erfolgen, sodass die Lanze komplett und schön in das Distanzstück eingeschraubt werden kann. Im Anschluss wird die Distanzhülse aus Greentec gedruckt und getestet. Um die M25x1 Außengewinde der 3D-Musterteile zu testen, welche später in das Distanzrohr geschraubt werden, wurde eine Aluminium-Stange mit Durchmesser 30 mm besorgt. Die Hochschulwerkstatt wird dort das M25x1 Gewinde reindrehen.

=Daniel Hellwig, 04.12.2024=
Die Konstruktion der Gewinde im 3D-Druck für die Distanzhülse sowie das Adapterstück erweisen sich schwerer als gedacht. Die neuen 3D-Musterteile lassen sich erneut nicht einschrauben. Um die Konstruktion der Gewinde schnell voranzutreiben wird der Kontakt mit der 3D-Druck Gruppe intensiviert, wodurch öfter 3D-Musterteile erstellt und schnellere Konstruktionsänderungen ermöglicht werden.

=Daniel Hellwig, 02.12.2024=
Für die Bestellung der Außenrohre bei (43) wurde eine Kostenkalkulation erstellt. Es wurden erneut Konstruktionsänderungen an der Distanzhülse und am Adapterstück vorgenommen. Um diese zu testen, entstehen wieder 3D-Musterteile

=Daniel Hellwig, 25.11.2024 =

==Festigkeitsnachweis Distanzhülse==
Der Festigkeitsnachweis wurde geführt. Dafür ist zuerst der kritische Querschnitt <math>A_{krit} = 97,05 </math> <math>mm^2</math>sowie die kleinste Wandstärke t = 1,4 mm aus den vorhandenen CAD-Dateien zur Distanzhülse ermittelt worden.

Ebenfalls musste ein Zugversuch von der Feder gemacht werden, welche im Distanzstück gegen die Kugelaufnahme drückt. Mithilfe des Hook’schen Gesetzes konnte so die Federsteifigkeit zu k = 4,0 <math>
\frac{N}{mm}</math>bestimmt werden.

Bei derzeitiger Konstruktion wird die Feder im Distanzstück um 5,5 mm eingedrückt. Daraus ergibt sich eine Normalspannung im kritischen Querschnitt der Distanzhülse von <math>\sigma_{Feder}= 0,23</math> MPa

Die Berücksichtigung des Drucks erfolgt unter der Annahme des Auslegungsdrucks p = 4,5 bar. Nach der Kesselformel ergibt sich für die Scherung mit <math>d_i = 20,724</math> mm

<math>
\tau = \frac{p \cdot d_i}{2 \cdot t}</math> = 3,34 MPa

Die Normalspannung welche aufgrund des Drucks wirkt errechnet sich zu <math>\sigma_{Druck} = 1,25</math> MPa.

Nach Addiotion der beiden Normalspannungen wird die resultierende Spannung berechnet.

<math>\sigma_{res} = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2} = 3,65
</math> MPa

Schließlich lässt sich sagen, dass bei diesen oder ähnlichen Auslegungen der Distanzhülse, es zu keinen Problemen bezüglich des Bruchs kommen wird.

==Test der 3D-Musterteile==
Die neuen 3D-Musterteile weisen konstruktive Mängel auf und müssen überarbeitet werden. Der ELSA-Anschluss lässt sich nicht ins Distanzstück einschrauben. Aufgrund der Maßtoleranzen im 3D-Druck, soll die Gewindetiefe ein wenig vergrößert werden, sodass anschließend nach erneutem Druck dieses Problem gelöst ist.

= Daniel Hellwig, 21.11.2024=
Die Gewinde am Adapterstück liegen als Volumenmodell konstruiert vor. Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über dieses Adapterstück wurde nun gelöst, indem die Bohrung im Adapterstück vergrößert worden ist. Dadurch kann das PFA-Rohr einfach hindurchgeführt werden und behindert somit auch nicht die Montage des Außenrohrs bzw. Adapterstücks. Die Änderungen der Konstruktion wurden bereits im CAD durchgeführt.

Ebenfalls wurde das G1/8 Gewinde als Volumenmodell in die Distanzhülse, zur Montage der ELSA-Anschlüsse, konstruiert.

Von beiden Teilen soll ein 3D-Test Druck entstehen.

=Daniel Hellwig, 13.11.2024=
Das Musterteil des Distanzstücks liegt als 3D-Druck vor. Das M20x1,5 Gewinde, welches mitgedruckt wurde, ist prinzipiell funktionsfähig. Für eine finale Version ist die korrekte Konstruktion des M25x1 Außengewindes und M20x1,5 Innengewindes erforderlich. Die Verspannung der Lanzen über eine Feder und Kugelaufnahme ist nicht gegeben. Für die Befestigung des PFA-Rohrs an das Distanzstück soll ein gerader ELSA-Anschluss verwendet werden. Das zugehörige G1/8 Zoll Gewinde muss in die Konstruktion eingebracht werden.

Um Musterteile im 3-D-Druck herstellen zu können, wird von der Konstruktionsgruppe zur Vorbereitung eine Hülse mit M25x1 Außengewinde und M20x1,5 Innengewinde als Volumenmodell konstruiert und als STEP-Datei zur Verfügung gestellt. Daraus, und mithilfe des konstruierten Gewindes vom ELSA-Anschluss, kann dann das gewünschte Distanzstück als CAD-Modell für den 3D-Druck erstellt werden.

Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über ein Adapterstück an der Maschine muss noch geklärt werden. Nicht möglich ist es ebenfalls mit einem ELSA-Anschluss, dies würde sich bei der Montage nicht ausreichend verspannen lassen. Zudem müsste eins der beiden ELSA-Anschlüsse “blind” getroffen werden. Was bei gekrümmten PFA-Rohren unmöglich erscheint. Die Beschaffung des Außenrohrs ist noch ungeklärt. Möglicherweise kann dort die Hochschuleigene Werkstatt aushelfen.

Die Distanzhülse soll zumindest für den Prototypen, ggf. Dauerhaft, als 3D-Druck-Bauteil hergestellt werden. Zur Prüfung der Realisierbarkeit muss ein Festigkeitsnachweis geführt werden. Da die Lanzen über eine Feder und eine Kugelaufnahme im inneren der Distanzhülse verspannt werden, muss, falls diese Distanzhülse 3-D-gedruckt wird, eine Edelstahl Unterlegscheibe zwischen Hülse und Feder eingelegt werden.

=Daniel Hellwig, 09.11.2024=
Die Überprüfung der Lanzen im CAD ergab, dass der Fehler am Befestigungsadapter noch nicht behoben wurde. Die Verschraubung erfolgt laut aktueller Konstruktion immer noch über ein M20, anstatt mit einem M20x1,5 Gewinde. Dies wurde jetzt geändert. Zur Überprüfung des Distanzstücks auf seine Funktion soll nun ein 3D-Musterteil gedruckt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Gewinde wirklich als Volumenmodell vorhanden ist und nicht etwa “nur” auf der Oberfläche dargestellt wird, da sonst das Gewinde nicht mitgedruckt wird.

=Daniel Hellwig, 04.11.2024 =
Um die Dampf- und Teewasserlanze zu installieren, werden Lanzenadapter benötigt. Hierfür soll ein Abgleich zwischen Realteil und Konstruktionszeichnung für Klarheit sorgen. Falls es sich um einen Konstruktionsfehler handelt, wird die Detailentwicklung zum Entwurf neuer Lanzenadapter zu Hilfe gezogen. Der Konstruktionsfortschritt wird im Wiki dokumentiert. Anschließend werden die Adapter bestellt oder über die hochschulinterne Fertigung angefragt. Am Ende müssen die Lanzen mithilfe der neuen Teile montiert werden.

=Felix Kistler, 07.11.2023=
Die Konstruktion der Lanzen ist abgeschlossen. Sowohl Dampf- als auch Teelanze sind bei der 1- und 2-Zylinder-Maschine identisch und werden baugleich dupliziert. Beide Baugruppen sollen in Serie vormontiert werden.

= Armin Rohnen, 17.08.2023=
==Montage der Dampf- und Teewasserlanze==
Die beiden Lanzen werden aus mehreren Einzelteilen zu Baugruppen montiert. Bei der Montage ist auf ausreichende jedoch nicht übermäßige Vorspannung zwischen Lanzenrohr und eigentlicher Lanze zu achten. Die Lanze muss über die Vorspannung einen ausreichend festen Halt besitzen, damit diese nicht selbständig ihre Lage verändert. Erreicht wird dies durch die Verschraubung der Lanzen gegen eine Spannfeder.

Die Lanzenbaugruppen werden mit der Bodenplatte verschraubt und es erfolgt eine Verrohrung zu den jeweiligen Magnetventilen.

==Dokumentation==
Alle erforderlichen Arbeitsschritte der Lanzenmontage sind in einer Montageanleitung zu dokumentieren.

Style-1-Zylinder:Lanzen

2024-12-18T11:12:44Z

Maximilian Beck: /* Maximilian Beck, 18.12.2024 */

= Maximilian Beck, 18.12.2024 =

== '''Fertigung Adapterstück''' ==
Im Rahmen der Fertigung des Adapterstücks wurde der 3D-Druck in PLA durchgeführt. PLA erwies sich aufgrund seiner schnellen Druckzeiten, niedrigen Kosten und der vergleichbaren Maßhaltigkeit zu Greentec Pro als geeignetes Material für die ersten Druckversuche. Zudem konnten wir durch die Verwendung von PLA die aufwendige Trocknungszeit für das feuchtigkeitsanfällige Greentec Pro Material vermeiden.

=== '''Probleme während der Fertigung''' ===

# '''Gewindeeinstieg''': Bei den ersten Drucken führte eine unvollständige Gewindestruktur dazu, dass der Gewindeeinstieg erschwert war. Die Druckqualität war zwar gut, jedoch beendete die Konstruktion das Gewinde zu früh, was die Verschraubung beeinträchtigte.
# '''Maßgenauigkeit des Gewindes''': Die Maßgenauigkeit des Gewindes selbst war durch die gegebenen Druckparameter in PLA einwandfrei. Allerdings zeigte sich, dass die ursprüngliche Konstruktion nicht optimal war. Hier waren konstruktive Anpassungen seitens des Prototypenteams erforderlich, um eine saubere Passung zu erreichen.
# '''Druckqualität von PLA''': Der Druck in PLA lieferte insgesamt sehr gute Ergebnisse. Die Oberflächenqualität war sauber, und das Gewinde ließ sich ohne Schwierigkeiten drucken. Der Druckprozess erfüllte alle Anforderungen und war aus fertigungstechnischer Sicht optimal.

'''Fazit''':

Durch die mehrfachen PLA-Drucke konnten die Parameter für den 3D-Druck leicht optimiert werden. Der Druck selbst war durchweg zufriedenstellend, jedoch waren konstruktive Anpassungen nötig, um die Passgenauigkeit des Gewindes sicherzustellen. Der finale Druck des Adapterstücks wird im '''Greentec Pro Material''' mit '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm''' durchgeführt. Dieser Druck wird zur abschließenden Überprüfung der Gewindepassung und Maßhaltigkeit dienen.

== '''Fertigung Distanzhülse''' ==
Die Fertigung der Distanzhülse begann ebenfalls mit Druckversuchen in '''PLA'''. Hier lag der Schwerpunkt auf der Überprüfung der Gewindepassung sowie der Verbindung zur Lanze im Kugelgelenk. PLA wurde gewählt, um die Druckzeit zu verkürzen und Materialkosten zu reduzieren.

=== '''Probleme während der Fertigung''' ===

# '''Gewindekompatibilität''': Die ersten PLA-Drucke zeigten Schwierigkeiten bei der Passung der Gewinde für die Schlauchkupplung. Diese Probleme waren konstruktionsbedingt, weshalb Anpassungen an den Gewindeeinstellungen erforderlich waren, um eine ordnungsgemäße Verbindung zu ermöglichen.
# '''Stabilität der Lanze im Kugelgelenk''': Nach den erfolgreichen Anpassungen der Gewinde fiel auf, dass die Vorspannung der Lanze im Kugelgelenk nicht ausreichend war. Dies führte dazu, dass die Lanze zu leicht verstellbar war und unter ihrem eigenen Gewicht in ihre Ausgangsposition zurückkehrte.
# '''Maßgenauigkeit des Drucks''': Die Maßgenauigkeit der gedruckten Distanzhülse war insgesamt zufriedenstellend. Dennoch blieben gewisse Unsicherheiten bezüglich der Maßhaltigkeit bestehen, die abschließend nur im finalen Druck mit Greentec Pro überprüft werden können.

== '''Aktueller Status am 18.12.2024''' ==
Nach umfangreichen PLA-Druckversuchen konnten die Parameter für den 3D-Druck optimiert und konstruktive Anpassungen durchgeführt werden. Beide Teile – das '''Adapterstück''' und die '''Distanzhülse''' – scheinen nun konstruktiv fertiggestellt zu sein. Der finale Druck erfolgt mit '''Greentec Pro Material''', '''100% Infill''' und einer '''Schichtdicke von 0,1 mm'''. Dieser Druck wird im Anschluss vor Ort zur Überprüfung der Gewindepassung und der Maßhaltigkeit kontrolliert, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt sind.

Der gesamte Prozess hat gezeigt, dass der 3D-Druck bereits sehr ausgereift ist und die Fertigungsqualität zuverlässig reproduzierbar ist. Die abschließende Kontrolle wird die letzten offenen Punkte klären.

=Daniel Hellwig, 10.12.2024 =
Die aktuellen 3D-Musterteile aus PLA lassen sich einschrauben. Da aber das M20x1,5 Außengewinde an der Lanze keinen Gewindefreistich besitzt muss hier noch eine kleine Anpassung in der Konstruktion der Distanzhülse erfolgen, sodass die Lanze komplett und schön in das Distanzstück eingeschraubt werden kann. Im Anschluss wird die Distanzhülse aus Greentec gedruckt und getestet. Um die M25x1 Außengewinde der 3D-Musterteile zu testen, welche später in das Distanzrohr geschraubt werden, wurde eine Aluminium-Stange mit Durchmesser 30 mm besorgt. Die Hochschulwerkstatt wird dort das M25x1 Gewinde reindrehen.

=Daniel Hellwig, 04.12.2024=
Die Konstruktion der Gewinde im 3D-Druck für die Distanzhülse sowie das Adapterstück erweisen sich schwerer als gedacht. Die neuen 3D-Musterteile lassen sich erneut nicht einschrauben. Um die Konstruktion der Gewinde schnell voranzutreiben wird der Kontakt mit der 3D-Druck Gruppe intensiviert, wodurch öfter 3D-Musterteile erstellt und schnellere Konstruktionsänderungen ermöglicht werden.

=Daniel Hellwig, 02.12.2024=
Für die Bestellung der Außenrohre bei (43) wurde eine Kostenkalkulation erstellt. Es wurden erneut Konstruktionsänderungen an der Distanzhülse und am Adapterstück vorgenommen. Um diese zu testen, entstehen wieder 3D-Musterteile

=Daniel Hellwig, 25.11.2024 =

==Festigkeitsnachweis Distanzhülse==
Der Festigkeitsnachweis wurde geführt. Dafür ist zuerst der kritische Querschnitt <math>A_{krit} = 97,05 </math> <math>mm^2</math>sowie die kleinste Wandstärke t = 1,4 mm aus den vorhandenen CAD-Dateien zur Distanzhülse ermittelt worden.

Ebenfalls musste ein Zugversuch von der Feder gemacht werden, welche im Distanzstück gegen die Kugelaufnahme drückt. Mithilfe des Hook’schen Gesetzes konnte so die Federsteifigkeit zu k = 4,0 <math>
\frac{N}{mm}</math>bestimmt werden.

Bei derzeitiger Konstruktion wird die Feder im Distanzstück um 5,5 mm eingedrückt. Daraus ergibt sich eine Normalspannung im kritischen Querschnitt der Distanzhülse von <math>\sigma_{Feder}= 0,23</math> MPa

Die Berücksichtigung des Drucks erfolgt unter der Annahme des Auslegungsdrucks p = 4,5 bar. Nach der Kesselformel ergibt sich für die Scherung mit <math>d_i = 20,724</math> mm

<math>
\tau = \frac{p \cdot d_i}{2 \cdot t}</math> = 3,34 MPa

Die Normalspannung welche aufgrund des Drucks wirkt errechnet sich zu <math>\sigma_{Druck} = 1,25</math> MPa.

Nach Addiotion der beiden Normalspannungen wird die resultierende Spannung berechnet.

<math>\sigma_{res} = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2} = 3,65
</math> MPa

Schließlich lässt sich sagen, dass bei diesen oder ähnlichen Auslegungen der Distanzhülse, es zu keinen Problemen bezüglich des Bruchs kommen wird.

==Test der 3D-Musterteile==
Die neuen 3D-Musterteile weisen konstruktive Mängel auf und müssen überarbeitet werden. Der ELSA-Anschluss lässt sich nicht ins Distanzstück einschrauben. Aufgrund der Maßtoleranzen im 3D-Druck, soll die Gewindetiefe ein wenig vergrößert werden, sodass anschließend nach erneutem Druck dieses Problem gelöst ist.

= Daniel Hellwig, 21.11.2024=
Die Gewinde am Adapterstück liegen als Volumenmodell konstruiert vor. Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über dieses Adapterstück wurde nun gelöst, indem die Bohrung im Adapterstück vergrößert worden ist. Dadurch kann das PFA-Rohr einfach hindurchgeführt werden und behindert somit auch nicht die Montage des Außenrohrs bzw. Adapterstücks. Die Änderungen der Konstruktion wurden bereits im CAD durchgeführt.

Ebenfalls wurde das G1/8 Gewinde als Volumenmodell in die Distanzhülse, zur Montage der ELSA-Anschlüsse, konstruiert.

Von beiden Teilen soll ein 3D-Test Druck entstehen.

=Daniel Hellwig, 13.11.2024=
Das Musterteil des Distanzstücks liegt als 3D-Druck vor. Das M20x1,5 Gewinde, welches mitgedruckt wurde, ist prinzipiell funktionsfähig. Für eine finale Version ist die korrekte Konstruktion des M25x1 Außengewindes und M20x1,5 Innengewindes erforderlich. Die Verspannung der Lanzen über eine Feder und Kugelaufnahme ist nicht gegeben. Für die Befestigung des PFA-Rohrs an das Distanzstück soll ein gerader ELSA-Anschluss verwendet werden. Das zugehörige G1/8 Zoll Gewinde muss in die Konstruktion eingebracht werden.

Um Musterteile im 3-D-Druck herstellen zu können, wird von der Konstruktionsgruppe zur Vorbereitung eine Hülse mit M25x1 Außengewinde und M20x1,5 Innengewinde als Volumenmodell konstruiert und als STEP-Datei zur Verfügung gestellt. Daraus, und mithilfe des konstruierten Gewindes vom ELSA-Anschluss, kann dann das gewünschte Distanzstück als CAD-Modell für den 3D-Druck erstellt werden.

Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über ein Adapterstück an der Maschine muss noch geklärt werden. Nicht möglich ist es ebenfalls mit einem ELSA-Anschluss, dies würde sich bei der Montage nicht ausreichend verspannen lassen. Zudem müsste eins der beiden ELSA-Anschlüsse “blind” getroffen werden. Was bei gekrümmten PFA-Rohren unmöglich erscheint. Die Beschaffung des Außenrohrs ist noch ungeklärt. Möglicherweise kann dort die Hochschuleigene Werkstatt aushelfen.

Die Distanzhülse soll zumindest für den Prototypen, ggf. Dauerhaft, als 3D-Druck-Bauteil hergestellt werden. Zur Prüfung der Realisierbarkeit muss ein Festigkeitsnachweis geführt werden. Da die Lanzen über eine Feder und eine Kugelaufnahme im inneren der Distanzhülse verspannt werden, muss, falls diese Distanzhülse 3-D-gedruckt wird, eine Edelstahl Unterlegscheibe zwischen Hülse und Feder eingelegt werden.

=Daniel Hellwig, 09.11.2024=
Die Überprüfung der Lanzen im CAD ergab, dass der Fehler am Befestigungsadapter noch nicht behoben wurde. Die Verschraubung erfolgt laut aktueller Konstruktion immer noch über ein M20, anstatt mit einem M20x1,5 Gewinde. Dies wurde jetzt geändert. Zur Überprüfung des Distanzstücks auf seine Funktion soll nun ein 3D-Musterteil gedruckt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Gewinde wirklich als Volumenmodell vorhanden ist und nicht etwa “nur” auf der Oberfläche dargestellt wird, da sonst das Gewinde nicht mitgedruckt wird.

=Daniel Hellwig, 04.11.2024 =
Um die Dampf- und Teewasserlanze zu installieren, werden Lanzenadapter benötigt. Hierfür soll ein Abgleich zwischen Realteil und Konstruktionszeichnung für Klarheit sorgen. Falls es sich um einen Konstruktionsfehler handelt, wird die Detailentwicklung zum Entwurf neuer Lanzenadapter zu Hilfe gezogen. Der Konstruktionsfortschritt wird im Wiki dokumentiert. Anschließend werden die Adapter bestellt oder über die hochschulinterne Fertigung angefragt. Am Ende müssen die Lanzen mithilfe der neuen Teile montiert werden.

=Felix Kistler, 07.11.2023=
Die Konstruktion der Lanzen ist abgeschlossen. Sowohl Dampf- als auch Teelanze sind bei der 1- und 2-Zylinder-Maschine identisch und werden baugleich dupliziert. Beide Baugruppen sollen in Serie vormontiert werden.

= Armin Rohnen, 17.08.2023=
==Montage der Dampf- und Teewasserlanze==
Die beiden Lanzen werden aus mehreren Einzelteilen zu Baugruppen montiert. Bei der Montage ist auf ausreichende jedoch nicht übermäßige Vorspannung zwischen Lanzenrohr und eigentlicher Lanze zu achten. Die Lanze muss über die Vorspannung einen ausreichend festen Halt besitzen, damit diese nicht selbständig ihre Lage verändert. Erreicht wird dies durch die Verschraubung der Lanzen gegen eine Spannfeder.

Die Lanzenbaugruppen werden mit der Bodenplatte verschraubt und es erfolgt eine Verrohrung zu den jeweiligen Magnetventilen.

==Dokumentation==
Alle erforderlichen Arbeitsschritte der Lanzenmontage sind in einer Montageanleitung zu dokumentieren.

Einfluss Material

2024-12-11T13:28:32Z

Maximilian Beck: /* Vorgehensweise zur Bestimmung des Einflusses der Materialien auf die Maßhaltigkeit */

= Vincent Greinecker, 28.10.2024, Maximilian Beck, 11.12.2024 =
Eingangsinformationen
* optimierte Druckparameter
* verwendete Filamentarten
* .STL Datei für Testdrucke

Ausgangsinformationen
* Vergleich der Filamentarten bezüglich Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit
* Herangehensweise zur Gegenüberstellung der Filamente

Die Wahl des zur Produktion zu nutzenden Werkstoffes hängt sowohl in der herkömmlichen Fertigung als auch in der additiven von den vom Endprodukt geforderten Eigenschaften ab. Nachfolgend wird die Art des 3D-Druck Filaments als Einflussfaktor auf die Maßhaltigkeit sowie die Oberflächenbeschaffenheit von gefertigten Teilen untersucht. Damit diese Untersuchung durchgeführt werden kann, muss zunächst das Arbeitspaket [[Optimierung Druckparameter]] abgeschlossen worden sein.

Um einen repräsentativen Vergleich der Filamente zu ermöglichen, sind Variablen, abgesehen von dem zu druckenden Material, zu vermeiden. Deshalb sollen alle nötigen Testdrucke für diese Untersuchung unter Verwendung der hergeleiteten optimierten Druckparameter durchgeführt werden. Zudem ist eine Schwankung im Ergebnis durch die Verwendung unterschiedlicher Drucker innerhalb der Testreihe zu eliminieren. Sämtliche Drucke werden auf dem gleichen Gerät durchgeführt. Mit jeder Filamentart werden drei Testdrucke des bereits im Kapitel [[Optimierung Druckparameter]] verwendeten Testmodels gefertigt. So ist es möglich, eine Standardabweichung sowie einen Mittelwert der Maßhaltigkeit jedes Materials zu bestimmen. Zudem entsteht daraus die Möglichkeit, die Reproduzierbarkeit der Oberflächenbeschaffenheit zu überprüfen. Nach der Fertigung sämtlicher Testdrucke werden diese vermessen sowie eine qualitative Beurteilung der Oberfläche durchgeführt. Anhand dieser Daten und Ergebnisse wird ein Vergleich zwischen den Filamenttypen aufgestellt.

== Druck von Testkörpern ==
[[Datei:TestObjekt3x.jpg|rechts|rahmenlos|267x267px]]
Im ersten Schritt werden für jedes Filament (CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG) Testkörper mit den zuvor optimierten Druckparametern aus dem jeweiligen Arbeitspaket gedruckt. Diese Testkörper beinhalten verschiedene geometrische Formen, darunter Bohrungen und enge Toleranzbereiche, die für eine präzise Messung und Beurteilung der Maßhaltigkeit des Materials wichtig sind. Der Testkörper wird dreimal mit demselben Material und denselben Druckeinstellungen gedruckt.

'''Ziel:'''

* '''Bestimmung der Abweichungen durch den Drucker''': Dies hilft dabei, festzustellen, wie kontinuierlich der Druckprozess bei wiederholten Drucken mit demselben Material und denselben Parametern abläuft. Es wird geprüft, ob die Maßhaltigkeit des Drucks im wiederholten Druckprozess stabil bleibt oder ob es zu nennenswerten Abweichungen kommt.
* '''Erwartung''': Es wird keine signifikante Abweichung erwartet. Etwaige minimaler Abweichungen könnten durch den Druckprozess oder durch kleinste Schwankungen in der Materialzufuhr verursacht werden.

== Reproduzierbarkeit der Messwerte (Streuung und Vergleichbarkeit) ==
Im nächsten Schritt werden die Maße des Testkörpers, der dreimal gedruckt wurde, mit den Sollmaßen der originalen STL-Datei verglichen. Für diesen Schritt wird eine präzise Messung entlang der X-, Y- und Z-Achse vorgenommen. Dies erfolgt mit einem geeigneten Messgerät wie einem digitalen Schieblehre, um millimetergenaue Werte zu erfassen. Es wird überprüft, ob die gedruckten Teile die vorgesehenen Maße einhalten oder ob es zu einer Schwindung kommt.

'''GreenTEC-PRO'''

Die Standardabweichungen der Messungen sind durchgehend gering, mit Werten im Bereich von 0,006 mm (B1) bis maximal 0,040 mm (H4). Dies deutet auf eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Messungen hin. Die Schwankungen liegen im Bereich der Messtoleranzen und erlauben einen direkten Vergleich der Drucke untereinander. Es gibt keine Hinweise auf systematische Abweichungen, die die Vergleichbarkeit beeinträchtigen könnten.

'''Extrudr-PETG'''

Die Standardabweichungen für Extrudr-PETG sind insgesamt ebenfalls gering, mit einem ähnlichen Muster wie bei GreenTEC-PRO. Die größten Schwankungen treten bei L5 (0,090 mm) und H4 (0,055 mm) auf. Trotzdem sind die Werte konsistent genug, um die Drucke untereinander vergleichen zu können. PETG zeigt eine gute Stabilität, insbesondere in der XY-Ebene.

'''Sunlu-PLA'''

Die Standardabweichungen bei Sunlu-PLA sind etwas größer als bei GreenTEC-PRO und Extrudr-PETG, vor allem bei Höhenmaßen wie H2 (0,042 mm). Dies deutet auf eine etwas geringere Reproduzierbarkeit hin, insbesondere in der Z-Achse. Die Konsistenz ist dennoch ausreichend, um die Drucke miteinander zu vergleichen, wobei größere Schwankungen in der Z-Achse zu berücksichtigen sind.

'''Creality Wood'''

Bei Creality Wood sind die Standardabweichungen ebenfalls gering, mit Ausnahme einzelner Maße wie L5 (0,100 mm) und H8 (0,031 mm). Diese höheren Werte könnten durch die ungleichmäßige Materialzusammensetzung oder Schwankungen im Druckprozess bedingt sein. Insgesamt bleibt die Reproduzierbarkeit gut, insbesondere in der XY-Ebene, und die Drucke sind vergleichbar.

'''Zusammenfassend''' lässt sich sagen, dass alle Filamente eine ausreichende Reproduzierbarkeit der Messwerte bieten. GreenTEC-PRO und Extrudr-PETG zeigen die besten Ergebnisse, während Sunlu-PLA und Creality Wood leichte Schwächen, insbesondere in der Z-Achse, aufweisen.

== Berechnung der Schwindung ==
[[Datei:Messung Testobjekt PLA.jpg|mini|267x267px|Messung zur anschließenden Berechnung der Schwindung]]
Mit den gemessenen Werten können die Schwindungsraten des Materials berechnet werden. Diese Berechnung gibt Aufschluss darüber, wie stark das Material während des Druckprozesses seine Form verändert. Die Schwindung kann als der Unterschied zwischen den geplanten und den gemessenen Maßen des Testkörpers betrachtet werden, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtgröße des Objekts.

Formel für Schwindung: Schwindung (%)=((Sollmaß−Istmaß)/Sollmaß)×100

Die Schwindung wird dann genutzt, um die Skalierung des Modells im Slicer zu korrigieren. Je nach Filamenttyp und Druckumgebung kann die Schwindung unterschiedlich ausfallen. Für den Orcaslicer sind dann die entsprechenden Korrekturen vorzunehmen, sodass die Druckeinstellungen zu den korrekten Dimensionen führen.

== Neuer Druck mit korrigierten Einstellungen ==
Nachdem die Schwindungswerte für jedes Material berechnet und im Slicer eingestellt wurden, erfolgt ein zweiter Druck des Testkörpers. Dieser wird mit den neu kalkulierten Skalierungswerten gedruckt, um zu überprüfen, ob die Abweichungen nun minimiert wurden. Sollte der Druckkörper mit den neuen Einstellungen gut mit den Sollmaßen übereinstimmen, können die Einstellungen als gültig betrachtet werden

== Analyse der Ergebnisse und Vergleich der Materialien ==
Nachdem die Testkörper für alle vier Filamente (CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG) mit den angepassten Einstellungen gedruckt wurden, werden die Ergebnisse der Messungen miteinander verglichen. Die Abweichungen und das Verhalten der Materialien hinsichtlich Schwindung werden bewertet. Mögliche Unterschiede zwischen den Filamenten in Bezug auf ihre Maßhaltigkeit und Stabilität werden bewertet. Falls ein Material größere Abweichungen aufweist, können gezielte Anpassungen im Slicer vorgenommen werden, um dieses Material besser auf die gewünschten Dimensionen zu bringen.

==== GreenTEC-PRO ====
Die Abweichungen für GreenTEC-PRO liegen bei den meisten Dimensionen unter ±1 %, was auf eine gute Maßhaltigkeit hinweist. Auffälligkeiten gibt es bei D2 und L3, die mit -1,38 % bzw. -1,67 % die größten negativen Abweichungen zeigen. Diese könnten auf spezifische Materialschwindungen oder die Verarbeitungstemperatur zurückzuführen sein. Unauffällige Maße, wie D1 (-0,41 %) und B1 (0,54 %), zeigen die Zuverlässigkeit des Materials.

==== Extrudr-PETG ====
Extrudr-PETG zeigt größere Abweichungen als GreenTEC-PRO, insbesondere bei L3 (-2,46 %) und H1 (-1,83 %). Diese Werte könnten auf eine stärkere Schwindung und Anisotropie des Materials hindeuten. Positiv ist, dass die meisten Maße wie D1 (-1,17 %) und B1 (-0,42 %) im akzeptablen Bereich liegen und auf eine zufriedenstellende Maßhaltigkeit hinweisen.

==== Sunlu-PLA ====
Bei Sunlu-PLA fallen die Abweichungen bei den Höhenmaßen besonders ins Gewicht: H8 weist eine extrem hohe Abweichung von +24,54 % auf, was auf ein schwerwiegendes Problem in der Z-Achse hindeutet. Die übrigen Maße sind moderat (z. B. D1: -0,43 %, B1: +2,17 %). Dies deutet darauf hin, dass PLA gut in der XY-Ebene arbeitet, aber in der Z-Achse durch Schrumpfung oder Druckprozessprobleme beeinträchtigt wird.

==== Creality Wood ====
Creality Wood zeigt ebenfalls moderate Abweichungen, mit einigen größeren bei H1 (-3,67 %) und L3 (-2,83 %). Auffälligkeiten sind hier bei der Z-Achse zu beobachten, während Maße wie D1 (-1,17 %) und B1 (+1,62 %) zufriedenstellend bleiben. Dies deutet auf Probleme bei der Reproduzierbarkeit in der Höhe hin, was möglicherweise durch die inhomogene Zusammensetzung des Filaments beeinflusst wird.

== Interpretation und Vergleich der Ergebnisse ==
'''GreenTEC-PRO:''' Zeigt die geringsten Abweichungen und die höchste Konsistenz, was auf ein sehr zuverlässiges Material hinweist. Es ist ideal für Anwendungen, bei denen Präzision entscheidend ist.

'''Extrudr-PETG:''' Bietet solide Ergebnisse, weist aber größere Schwankungen in der Maßhaltigkeit auf, insbesondere in der Z-Achse. Es eignet sich gut für robuste Teile mit weniger strengen Toleranzen.

'''Sunlu-PLA:''' Liefert akzeptable Ergebnisse in der XY-Ebene, hat aber erhebliche Probleme in der Z-Achse. Für Anwendungen mit weniger hohen Anforderungen an die Z-Achsen-Präzision ist es geeignet.

'''Creality Wood:''' Zeigt moderate Abweichungen mit auffälligen Schwächen in der Z-Achse. Aufgrund der inhomogenen Filamentzusammensetzung eignet es sich besser für ästhetische Anwendungen als für hochpräzise Drucke.

== Ermittelte Einstellwerte für den Slicer ==
{| class="wikitable"
|+
!Filament
!Startwert
!XY-Schrumpfung
!Z-Schrumpfung
|-
|Greentec Pro
|99,4%
|98,94%
|99,01%
|-
|Extrudr PETG
|100%
|98,84%
|98,16%
|-
|Sunlu PLA
|100%
|99,15%
|104,57%
|-
|Creality CR-Wood
|100%
|99,46%
|101,56%
|}

Datei:Messung Testobjekt PLA.jpg

2024-12-11T13:26:32Z

Maximilian Beck:

Beispielhafte Messung am Objekt

Datei:TestObjekt3x.jpg

2024-12-11T13:22:45Z

Maximilian Beck:

Abbildung auf der die 3 Testkörper für das Arbeitspaket 1.2 zu sehen sind

Einfluss Material

2024-11-29T00:52:11Z

Maximilian Beck: /* Vorgehensweise zur Bestimmung des Einflusses der Materialien auf die Maßhaltigkeit */

= Vincent Greinecker, 28.10.2024 =
Eingangsinformationen
* optimierte Druckparameter
* verwendete Filamentarten
* .STL Datei für Testdrucke

Ausgangsinformationen
* Vergleich der Filamentarten bezüglich Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit
* Herangehensweise zur Gegenüberstellung der Filamente

Die Wahl des zur Produktion zu nutzenden Werkstoffes hängt sowohl in der herkömmlichen Fertigung als auch in der additiven von den vom Endprodukt geforderten Eigenschaften ab. Nachfolgend wird die Art des 3D-Druck Filaments als Einflussfaktor auf die Maßhaltigkeit sowie die Oberflächenbeschaffenheit von gefertigten Teilen untersucht. Damit diese Untersuchung durchgeführt werden kann, muss zunächst das Arbeitspaket [[Optimierung Druckparameter]] abgeschlossen worden sein.

Um einen repräsentativen Vergleich der Filamente zu ermöglichen, sind Variablen, abgesehen von dem zu druckenden Material, zu vermeiden. Deshalb sollen alle nötigen Testdrucke für diese Untersuchung unter Verwendung der hergeleiteten optimierten Druckparameter durchgeführt werden. Zudem ist eine Schwankung im Ergebnis durch die Verwendung unterschiedlicher Drucker innerhalb der Testreihe zu eliminieren. Sämtliche Drucke werden auf dem gleichen Gerät durchgeführt. Mit jeder Filamentart werden drei Testdrucke des bereits im Kapitel [[Optimierung Druckparameter]] verwendeten Testmodels gefertigt. So ist es möglich, eine Standardabweichung sowie einen Mittelwert der Maßhaltigkeit jedes Materials zu bestimmen. Zudem entsteht daraus die Möglichkeit, die Reproduzierbarkeit der Oberflächenbeschaffenheit zu überprüfen. Nach der Fertigung sämtlicher Testdrucke werden diese vermessen sowie eine qualitative Beurteilung der Oberfläche durchgeführt. Anhand dieser Daten und Ergebnisse wird ein Vergleich zwischen den Filamenttypen aufgestellt.

= Vorgehensweise zur Bestimmung des Einflusses der Materialien auf die Maßhaltigkeit =
Die Vorgehensweise bei der Toleranzmessung der verschiedenen Filamente wird in mehreren Schritten durchgeführt. Jeder Schritt ist entscheidend, um zu den endgültigen Ergebnissen zu gelangen. Der Prozess besteht aus folgenden Phasen:

== '''Druck von Testkörpern''' ==
Im ersten Schritt werden für jedes Filament (CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG) Testkörper mit den zuvor optimierten Druckparametern aus dem jeweiligen Arbeitspaket gedruckt. Diese Testkörper beinhalten verschiedene geometrische Formen, darunter Bohrungen und enge Toleranzbereiche, die für eine präzise Messung und Beurteilung der Maßhaltigkeit des Materials wichtig sind. Der Testkörper wird dreimal mit demselben Material und denselben Druckeinstellungen gedruckt.

'''Ziel:'''

* '''Bestimmung der Abweichungen durch den Drucker''': Dies hilft dabei, festzustellen, wie kontinuierlich der Druckprozess bei wiederholten Drucken mit demselben Material und denselben Parametern abläuft. Es wird geprüft, ob die Maßhaltigkeit des Drucks im wiederholten Druckprozess stabil bleibt oder ob es zu nennenswerten Abweichungen kommt.
* '''Erwartung''': Es wird keine signifikante Abweichung erwartet. Etwaige minimaler Abweichungen könnten durch den Druckprozess oder durch kleinste Schwankungen in der Materialzufuhr verursacht werden.

== '''Messung der Abweichungen''' ==
Im nächsten Schritt werden die Maße des Testkörpers, der dreimal gedruckt wurde, mit den Sollmaßen der originalen STL-Datei verglichen. Für diesen Schritt wird eine präzise Messung entlang der X-, Y- und Z-Achse vorgenommen. Dies erfolgt mit einem geeigneten Messgerät wie einem digitalen Schieblehre, um millimetergenaue Werte zu erfassen. Es wird überprüft, ob die gedruckten Teile die vorgesehenen Maße einhalten oder ob es zu einer Schwindung kommt.

== '''Berechnung der Schwindung''' ==
Mit den gemessenen Werten können die Schwindungsraten des Materials berechnet werden. Diese Berechnung gibt Aufschluss darüber, wie stark das Material während des Druckprozesses seine Form verändert. Die Schwindung kann als der Unterschied zwischen den geplanten und den gemessenen Maßen des Testkörpers betrachtet werden, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtgröße des Objekts.

Formel für Schwindung: Schwindung (%)=((Sollmaß−Istmaß)/Sollmaß)×100

Die Schwindung wird dann genutzt, um die Skalierung des Modells im Slicer zu korrigieren. Je nach Filamenttyp und Druckumgebung kann die Schwindung unterschiedlich ausfallen. Für den Orcaslicer sind dann die entsprechenden Korrekturen vorzunehmen, sodass die Druckeinstellungen zu den korrekten Dimensionen führen.

== '''Neuer Druck mit korrigierten Einstellungen''' ==
Nachdem die Schwindungswerte für jedes Material berechnet und im Slicer eingestellt wurden, erfolgt ein zweiter Druck des Testkörpers. Dieser wird mit den neu kalkulierten Skalierungswerten gedruckt, um zu überprüfen, ob die Abweichungen nun minimiert wurden. Sollte der Druckkörper mit den neuen Einstellungen gut mit den Sollmaßen übereinstimmen, können die Einstellungen als gültig betrachtet werden

== '''Analyse der Ergebnisse und Vergleich der Materialien''' ==
Nachdem die Testkörper für alle vier Filamente (CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG) mit den angepassten Einstellungen gedruckt wurden, werden die Ergebnisse der Messungen miteinander verglichen. Die Abweichungen und das Verhalten der Materialien hinsichtlich Schwindung werden bewertet. Mögliche Unterschiede zwischen den Filamenten in Bezug auf ihre Maßhaltigkeit und Stabilität werden dokumentiert.

'''Ziel:'''

* '''Vergleich der Toleranzen''': Es wird untersucht, welches Material die besten Toleranzen aufweist und welches Material die größte Schwindung zeigt.
* '''Optimierungspotenzial''': Falls ein Material größere Abweichungen aufweist, können eventuell gezielte Anpassungen im Slicer vorgenommen werden, um dieses Material besser auf die gewünschten Dimensionen zu bringen.

'''Zusammenfassung'''

Die Untersuchung der Toleranzen der vier Filamente – '''CR-Wood''', '''Greentech Pro''', '''Sunlu PLA''' und '''PETG''' – wird durch systematische Messungen und Anpassungen durchgeführt, um die Maßhaltigkeit und Skalierbarkeit der Materialien zu bewerten. Durch die gezielte Analyse der Schwindung können wichtige Erkenntnisse über die Druckgenauigkeit der einzelnen Filamente gewonnen werden. Die finalen Ergebnisse liefern wertvolle Informationen zur Auswahl des geeignetsten Filaments je nach Anwendungsbereich und helfen dabei, die optimalen Einstellungen für zukünftige Druckprojekte festzulegen.

Einfluss Material

2024-11-29T00:50:52Z

Maximilian Beck: /* Vincent Greinecker, 28.10.2024 */

= Vincent Greinecker, 28.10.2024 =
Eingangsinformationen
* optimierte Druckparameter
* verwendete Filamentarten
* .STL Datei für Testdrucke

Ausgangsinformationen
* Vergleich der Filamentarten bezüglich Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit
* Herangehensweise zur Gegenüberstellung der Filamente

Die Wahl des zur Produktion zu nutzenden Werkstoffes hängt sowohl in der herkömmlichen Fertigung als auch in der additiven von den vom Endprodukt geforderten Eigenschaften ab. Nachfolgend wird die Art des 3D-Druck Filaments als Einflussfaktor auf die Maßhaltigkeit sowie die Oberflächenbeschaffenheit von gefertigten Teilen untersucht. Damit diese Untersuchung durchgeführt werden kann, muss zunächst das Arbeitspaket [[Optimierung Druckparameter]] abgeschlossen worden sein.

Um einen repräsentativen Vergleich der Filamente zu ermöglichen, sind Variablen, abgesehen von dem zu druckenden Material, zu vermeiden. Deshalb sollen alle nötigen Testdrucke für diese Untersuchung unter Verwendung der hergeleiteten optimierten Druckparameter durchgeführt werden. Zudem ist eine Schwankung im Ergebnis durch die Verwendung unterschiedlicher Drucker innerhalb der Testreihe zu eliminieren. Sämtliche Drucke werden auf dem gleichen Gerät durchgeführt. Mit jeder Filamentart werden drei Testdrucke des bereits im Kapitel [[Optimierung Druckparameter]] verwendeten Testmodels gefertigt. So ist es möglich, eine Standardabweichung sowie einen Mittelwert der Maßhaltigkeit jedes Materials zu bestimmen. Zudem entsteht daraus die Möglichkeit, die Reproduzierbarkeit der Oberflächenbeschaffenheit zu überprüfen. Nach der Fertigung sämtlicher Testdrucke werden diese vermessen sowie eine qualitative Beurteilung der Oberfläche durchgeführt. Anhand dieser Daten und Ergebnisse wird ein Vergleich zwischen den Filamenttypen aufgestellt.

= Vorgehensweise zur Bestimmung des Einflusses der Materialien auf die Maßhaltigkeit =
Die Vorgehensweise bei der Toleranzmessung der verschiedenen Filamente wird in mehreren Schritten durchgeführt. Jeder Schritt ist entscheidend, um zu den endgültigen Ergebnissen zu gelangen. Der Prozess besteht aus folgenden Phasen:

== '''1. Druck von Testkörpern''' ==
Im ersten Schritt werden für jedes Filament (CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG) Testkörper mit den zuvor optimierten Druckparametern aus dem jeweiligen Arbeitspaket gedruckt. Diese Testkörper beinhalten verschiedene geometrische Formen, darunter Bohrungen und enge Toleranzbereiche, die für eine präzise Messung und Beurteilung der Maßhaltigkeit des Materials wichtig sind. Der Testkörper wird dreimal mit demselben Material und denselben Druckeinstellungen gedruckt.

'''Ziel:'''

* '''Bestimmung der Abweichungen durch den Drucker''': Dies hilft dabei, festzustellen, wie kontinuierlich der Druckprozess bei wiederholten Drucken mit demselben Material und denselben Parametern abläuft. Es wird geprüft, ob die Maßhaltigkeit des Drucks im wiederholten Druckprozess stabil bleibt oder ob es zu nennenswerten Abweichungen kommt.
* '''Erwartung''': Es wird keine signifikante Abweichung erwartet. Etwaige minimaler Abweichungen könnten durch den Druckprozess oder durch kleinste Schwankungen in der Materialzufuhr verursacht werden.

== '''2. Messung der Abweichungen''' ==
Im nächsten Schritt werden die Maße des Testkörpers, der dreimal gedruckt wurde, mit den Sollmaßen der originalen STL-Datei verglichen. Für diesen Schritt wird eine präzise Messung entlang der X-, Y- und Z-Achse vorgenommen. Dies erfolgt mit einem geeigneten Messgerät wie einem digitalen Schieblehre, um millimetergenaue Werte zu erfassen. Es wird überprüft, ob die gedruckten Teile die vorgesehenen Maße einhalten oder ob es zu einer Schwindung kommt.

== '''3. Berechnung der Schwindung''' ==
Mit den gemessenen Werten können die Schwindungsraten des Materials berechnet werden. Diese Berechnung gibt Aufschluss darüber, wie stark das Material während des Druckprozesses seine Form verändert. Die Schwindung kann als der Unterschied zwischen den geplanten und den gemessenen Maßen des Testkörpers betrachtet werden, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtgröße des Objekts.

Formel für Schwindung: Schwindung (%)=((Sollmaß−Istmaß)/Sollmaß)×100

Die Schwindung wird dann genutzt, um die Skalierung des Modells im Slicer zu korrigieren. Je nach Filamenttyp und Druckumgebung kann die Schwindung unterschiedlich ausfallen. Für den Orcaslicer sind dann die entsprechenden Korrekturen vorzunehmen, sodass die Druckeinstellungen zu den korrekten Dimensionen führen.

== '''4. Neuer Druck mit korrigierten Einstellungen''' ==
Nachdem die Schwindungswerte für jedes Material berechnet und im Slicer eingestellt wurden, erfolgt ein zweiter Druck des Testkörpers. Dieser wird mit den neu kalkulierten Skalierungswerten gedruckt, um zu überprüfen, ob die Abweichungen nun minimiert wurden. Sollte der Druckkörper mit den neuen Einstellungen gut mit den Sollmaßen übereinstimmen, können die Einstellungen als gültig betrachtet werden

== '''5. Analyse der Ergebnisse und Vergleich der Materialien''' ==
Nachdem die Testkörper für alle vier Filamente (CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG) mit den angepassten Einstellungen gedruckt wurden, werden die Ergebnisse der Messungen miteinander verglichen. Die Abweichungen und das Verhalten der Materialien hinsichtlich Schwindung werden bewertet. Mögliche Unterschiede zwischen den Filamenten in Bezug auf ihre Maßhaltigkeit und Stabilität werden dokumentiert.

'''Ziel:'''

* '''Vergleich der Toleranzen''': Es wird untersucht, welches Material die besten Toleranzen aufweist und welches Material die größte Schwindung zeigt.
* '''Optimierungspotenzial''': Falls ein Material größere Abweichungen aufweist, können eventuell gezielte Anpassungen im Slicer vorgenommen werden, um dieses Material besser auf die gewünschten Dimensionen zu bringen.

'''Zusammenfassung'''

Die Untersuchung der Toleranzen der vier Filamente – '''CR-Wood''', '''Greentech Pro''', '''Sunlu PLA''' und '''PETG''' – wird durch systematische Messungen und Anpassungen durchgeführt, um die Maßhaltigkeit und Skalierbarkeit der Materialien zu bewerten. Durch die gezielte Analyse der Schwindung können wichtige Erkenntnisse über die Druckgenauigkeit der einzelnen Filamente gewonnen werden. Die finalen Ergebnisse liefern wertvolle Informationen zur Auswahl des geeignetsten Filaments je nach Anwendungsbereich und helfen dabei, die optimalen Einstellungen für zukünftige Druckprojekte festzulegen.

Projektarbeit Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba, Vincent Greinecker

2024-11-25T23:10:56Z

Maximilian Beck: /* Status */

= Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =

== Aufgabenanalyse ==
Die Aufgabe des Teams FDM 3D-Druck besteht in der Bearbeitung drei großer Themengebiete. Bei den Themengebieten Einflussfaktoren auf die Druckqualität sowie bei Nachbearbeitung/-behandlung von FDM 3D-Druck Oberflächen handelt es sich um wissenschaftliche, auf Recherche und Experiment fokussierte Aufgabenbereiche. Der Aufgabenbereich Zusammenarbeit mit Gruppe Detailentwicklung ist im Gegensatz zu den anderen Themenbereichen darauf fokussiert, in einer beratenden sowie fertigenden Kapazität für die Detailentwicklung zur Verfügung zu stehen.

=== Einflussfaktoren auf die Druckqualität (Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit) ===
Das Ziel, welches hinter den Aufgaben in diesem Themenbereich steht, liegt darin, Einflussfaktoren, welche die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit von FDM gedruckten Teilen beeinflussen, zu identifizieren, diese zu dokumentieren und Lösungen zu optimieren. Bei der Oberfläche ist zudem darauf zu achten, eine möglichst neutral aus-sehende Oberfläche zu erzeugen. Sie sollte also nicht sofort als 3D-Druck gefertigt erkennbar sein.

Die Qualität eines jeden Druckes ist stark abhängig von den in der Slicer-Software hinterlegten Druckparametern. Damit sowohl eine gute Oberflächenqualität sowie eine adäquate Maßhaltigkeit der gefertigten Teile gewährleistet werden können, müssen diese Druckparameter optimiert werden. Hierbei handelt es sich um einen iterativen Prozess, welcher spezifisch für unterschiedliche Filamente durchgeführt werden muss. Um die Auswirkungen der veränderten Parameter analysieren zu können, müssen Testdrucke durchgeführt werden und anhand des Druckergebnisses die Einstellungen weiter angepasst werden, bis ein optimales Ergebnis erzielt wird.

Neben den Druckparametern spielt auch die Art des für den Druck genutzten Materials bzw. Filaments eine Rolle. Verschiedene Materialien lassen sich unterschiedlich gut drucken und hinterlassen selbst mit optimierten Druckparametern ein starkes voneinander abweichendes optisches Ergebnis. Auch die Genauigkeit eines Druckes kann abhängig von der Wahl des Materials sein. Es soll also analysiert werden, welche Materialien besonders gut geeignet sind um maßhaltige sowie optisch ansprechende Teile zu erzeugen.

Neben den Einflussfaktoren, welche durch die Materialwahl sowie Druckereinstellungen charakterisiert werden können, lässt sich sowohl die Oberfläche als auch die Maßhaltigkeit eines Druckes durch das Nutzen unterschiedlicher Druckplatten beeinflussen. Druckplatten sind ein Bauteil eines FDM 3D-Druckers und stellen die Oberflächen dar, auf welchen ein Teil gefertigt wird. Die Aufgabe besteht darin, anhand einer Recherche ein Dokument zu erstellen, in welchem sowohl technische Details als auch praktische Anwendungen verschiedener Druckplattenoberflächen aufgeführt werden. Zudem soll der Produktionsvorgang von Druckplatten beleuchtet und erklärt werden.

Zusätzlich zu den in diesem Themenbereich bereits aufgeführten Aufgaben sind nachfolgend noch weitere optionale Aufgaben zu finden. Bei diesen steht es dem Team frei, diese zu bearbeiten.

Auf dem Markt für 3D-Drucker sind eine Vielzahl an Firmen und noch mehr Produkte vertreten. Es gilt also zu beleuchten, ob ein qualitativer Einfluss in der Wahl des Druckers besteht. Hierzu müssen Testdrucke mit den gleichen Materialien, sowie den gleichen Druckparametern auf unterschiedlichen Maschinen durchgeführt werden. Der Vergleich der Ergebnisse soll hierbei dokumentiert und analysiert werden.

Dadurch, dass die meisten Produzenten von 3D-Druckern ihre eigene Slicer-Software anbieten, sollte auch der Einfluss dieser auf die Druckqualität untersucht werden. Um den Einfluss messbar darzustellen, muss auf dem gleichen Drucker der gleiche Testdruck mit den gleichen Druckparametern durchgeführt werden. Der für den Vergleich nötige Unterschied muss darin liegen, dass zur Vorbereitung der Druckdatei unterschiedliche Slicer verwendet werden. Das Vorgehen sowie das Ergebnis sollen dokumentiert und analysiert werden.

=== Nachbearbeitung/-behandlung von FDM 3D-Druck Oberflächen ===
In diesem Themenbereich sollen Möglichkeiten der Nachbearbeitung/-behandlung von 3D gedruckten Oberflächen beleuchtet werden. Diese Möglichkeiten sollen in Bezug auf die resultierende Optik sowie die Veränderung der Abmaße untersucht werden.

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der Zerspanung sind beispielsweise die Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet. Hier gilt es durch Recherche herauszufinden, welche Möglichkeiten sich im Bereich des 3D-Drucks bieten, diese, wenn möglich, im Praxistest zu erproben und die Ergebnisse zu bewerten. Schlussendlich soll ein Dokument erstellt werden, in welchem verschiedene mechanische Nachbearbeitungsmethoden aufgeführt werden. Die Vorgehens-weise dieser soll behandelt werden und eine Empfehlung für unterschiedliche Materialien ausgesprochen werden.

Neben der mechanischen Nachbearbeitung ist zudem die chemische in diversen Fertigungszweigen sehr verbreitet. Auch hier gilt es, die Recherche nach möglichen Ver-fahren zu betreiben, einzuschätzen, welche in der Hochschule absolvierbar sind, diese zu erproben und aus den Ergebnissen Schlüsse zu ziehen. Die Recherche, die Vorgehensweise der Erprobung sowie die Ergebnisse sollen in einem Dokument festgehalten werden.
Neben den bisher genannten Bereichen zur Nachbehandlung gibt es noch den Bereich der Beschichtungsmethoden, welche als optionale Aufgabe dem Team zur Verfügung stehen. Bei den beschichtenden Methoden handelt es sich um Disziplinen wie das Lackieren oder Verspachteln von Oberflächen. Zu Beginn soll Recherche betrieben werden, welche Beschichtungsmethoden in der 3D-Druck Branche Anwendung finden. Einige von ihnen sollen dann im Versuch erprobt werden. Die Vorgehensweise sowie das Ergebnis der Erprobungen sollen festgehalten und dokumentiert werden.

=== Zusammenarbeit mit Gruppe Detailentwicklung ===
Parallel zu den Untersuchungen der Gruppe FDM 3D-Druck werden durch die Detailentwicklung Bauteile für das Projekt zur technischen Beeinflussbarkeit der Geschmackssache Kaffee entworfen und entwickelt. Diese Teile sollen später mittels 3D-Druck gefertigt werden. Hier liegt die Aufgabe des Teams darin, für Fragen hinsichtlich Machbarkeit, Material etc. beratend zur Verfügung zu stehen. So soll sichergestellt werden, dass die durch die Detailentwicklung entworfenen Bauteile später auch gefertigt werden können. Der Schritt der Fertigung fällt auch in den Aufgabenbereich der Gruppe FDM 3D-Druck. Hierbei wird darauf zu achten sein, die notwendigen Bauteile in ausreichend hoher Qualität zu produzieren. Mögliche Lehren aus den zuvor durch-geführten Recherchen und Optimierungen sollen möglichst angewendet werden, um Bauteile mit hoher Qualität zu fertigen.

== Zielvereinbarung ==
Diese Projektarbeit hat das Ziel, die verschiedenen Einflussfaktoren auf die Druckqualität von FDM-3D-Drucken zu untersuchen und zu verbessern. Im Fokus stehen dabei sowohl die Oberflächenqualität als auch die Maßhaltigkeit der Druckteile. Zusätzlich sollen mögliche Nachbearbeitungsmethoden für die Bauteiloberfläche evaluiert werden, um die ästhetischen und funktionellen Eigenschaften der gedruckten Objekte zu optimieren. <br>
Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die Analyse des Einflusses unterschiedlicher Filamentarten, wie PETG und Greentech Pro, auf die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit. Hierzu werden spezifische Testdrucke definiert, durchgeführt und anschließend vermessen sowie bewertet. Die Dokumentation der Untersuchungsergebnisse ist ein zentrales Element dieses Abschnitts.<br>
Des Weiteren wird angestrebt, die Druckparameter für die verwendeten Filamente zu optimieren. Durch systematische Testdrucke sollen optimale Druckeinstellungen ermittelt werden, wobei die Ergebnisse analysiert und schrittweise Anpassungen vorgenommen werden, bis ein zufriedenstellendes Oberflächenresultat erzielt wird. Die Optimierungsschritte sowie die erzielten Endergebnisse werden umfassend dokumentiert.<br>
Optional wird der Einfluss verschiedener Druckplattenbeschichtungen und die Wirkung texturierter Oberflächen, zum Beispiel durch Fuzzy Skin, untersucht. Ebenfalls optional könnte der Einfluss verschiedener FDM-Drucker sowie unterschiedlicher Slicersoftware auf das Druckergebnis erforscht werden.
Zusätzlich werden sowohl mechanische als auch chemische Nachbearbeitungsmöglichkeiten für die Bauteiloberfläche recherchiert, getestet und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bewertet. Dies umfasst Methoden wie Abschleifen, Verspachteln, Primen und Lackieren der Oberflächen. <br>
Ein kontinuierlicher Austausch mit der Gruppe Detailentwicklung ist vorgesehen, um die Druckbarkeit der Teile zu diskutieren und Druckaufträge effizient auszuführen. Durch den Abschluss dieses Projekts wird ein umfassendes Verständnis für die Einflussfaktoren im FDM-3D-Druck angestrebt, während gleichzeitig die Oberflächenqualität durch geeignete Nachbearbeitungsmethoden verbessert werden soll.

== Arbeitspakete ==
=== Status ===
10 - Erfasst<br>
30 - in Bearbeitung<br>
50 - Lösung definiert<br>
70 - in Umsetzung<br>
90 - Umsetzung abgeschlossen<br>
99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)<br>
100 - Maßnahme bestätigt<br>

=== ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===

{| class="wikitable sortable"
|+
|-
! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV
|-
| 1.1 || [[Optimierung Druckparameter|Optimierung der Druckparameter für 3D-Druck Filamente]]|| Vincent Greinecker|| || 30 ||27.11.2024
|-
| 1.2 || [[Einfluss Material|Einfluss des verwendeten Materials auf die Druckqualität]]|| Maximilian Beck || || 30 ||27.11.2024
|-
| 1.3 || [[Druckplatten|Einfluss verschiedener Druckplatten auf die Druckqualität]]|| Andrei Zemba || || 50 ||27.11.2024
|-
| 1.4 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Maximilian Beck || || 10 ||(optional)
|-
| 1.5 || [[Texturierungsmethoden|Untersuchung von Texturierungsmethoden für verbesserte Druckoberflächen]] || Andrei Zemba || || 10 ||(optional)
|-
| 2.1.0 || [[Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche|Mechanische Nachbearbeitungsmethoden für Bauteiloberflächen Recherche]] || Luca Schmid || || 30 ||27.11.2024
|-
| 2.1.1 || [[Mechanische Nachbearbeitungsmethoden|Mechanische Nachbearbeitungsmethoden für Bauteiloberflächen]] || Luca Schmid || || 10 ||27.11.2024
|-
| 2.2 || [[Chemische Nachbehandlung|Chemische Nachbehandlungen für Bauteiloberflächen]] || Vincent Greinecker || || 10 ||09.12.2024
|-
| 3 || [[Bauteile|Zusammenarbeit mit Gruppe Detailentwicklung]] || Luca Schmid|| || 30 ||27.11.2024
|}

= Besprechungsprotokolle =
* [[Projektrücksprache 17.10.2024]]
* [[Projektrücksprache 29.10.2024]]
* [[Projektrücksprache 13.11.2024]]
* [[Projektrücksprache 27.11.2024]]
* [[Projektrücksprache 11.12.2024]]
* [[Projektrücksprache 08.01.2025]]
* [[Projektrücksprache 22.01.2025]]
* [[Projektrücksprache 05.02.2024]]

Optimierung Druckparameter

2024-11-22T09:50:22Z

Maximilian Beck: /* Zusammenfassung der finalen Parameter */

= Vincent Greinecker, 12.11.2024 =
Eingangsinformationen
* Aufgabenstellung
* Aufgabenanalyse

Ausgangsinformationen
* Herangehensweise zur Optimierung von Druckparametern
* Optimierte Druckparameter für unterschiedliche Filamente
* .STL Datei für Testdrucke
* Verwendete Filamentarten

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes findet eine Optimierung der Druckparameter für vier unterschiedliche Filamentarten statt. Zunächst wird eine Auswahl der zu untersuchenden Filamente getroffen. Anschließend ein geeignetes Modell für folgende Testdrucke festgelegt, anhand welchem die Oberflächenqualität der Drucke sowie die Maßhaltigkeit dieser analysiert und vermessen werden kann.

Nacheinander wird von den zu optimierenden Filamenten folgender Ablauf durchlaufen:<br>
Der erste Testdruck eines jeden Filaments wird mit den durch den Hersteller angegebenen Druckparametern durchgeführt. Das daraus resultierende Druckergebnis wird analysiert, wobei vor allem die Oberflächenbeschaffenheit sowie die Maßhaltigkeit hierbei bewertet werden sollen. Anschließend werden die Druckparameter auf Basis einer Reihe an Kalibrierungsdrucken schrittweise angepasst und optimiert. Jede Anpassung wird dokumentiert und der Einfluss der Anpassung analysiert. Sobald alle Kalibrierungsdrucke durchgeführt wurden und die resultierenden Anpassungen der Druckparameter vorgenommen wurden, wird erneut das Testdruckmodell gefertigt. Dieses mal mit den Kalibrierten Druckparametern. Dieser Druck wird nun erneut hinsichtlich seiner Oberflächenqualität sowie Maßhaltigkeit untersucht und die Ergebnisse mit denen des ersten Drucks mit den Druckeinstellungen des Herstellers verglichen. Nachfolgend können auch filamentunabhängige Parameter wie beispielsweise die Schichthöhe angepasst werden. Anpassung dieser Parameter gehen einher mit einer Veränderung der nötigen Druckdauer. Diese soll daher mit jedem Testdruck festgehalten werden, sodass eine mögliche Zeitersparnis in der Fertigung auf Basis einer verminderten Oberflächenqualität bzw. Maßhaltigkeit abgewogen werden kann.

Der gesamte Ablauf sowie die Zwischenergebnisse und das Endergebnis werden dokumentiert und zur Verwendung bereitgestellt.

=Wahl zu optimierender Filamentarten=
Im Rahmen dieses Projektes werden für vier Filamentarten die filamentbezogenen Druckparameter optimiert. Die Wahl der Filamente ist hier auf den weiteren Nutzen in diesem Projekt zurückzuführen. <br>

'''PETG:''' Polyethylenterephthalatglykol zeichnet sich durch eine Kombination aus thermischer Stabilität, hoher Schlagzähigkeit, chemischer Beständigkeit und guter Verarbeitbarkeit aus und zählt daher zu den im 3D-Druck am weitesten verbreiteten Werkstoffen. Im weiteren Verlauf dieses Projektes wird das Gehäuse der Glasboilermaschine in Zusammenarbeit mit der Detailentwicklung unter Verwendung dieses Materials gefertigt. Die für diese Anwendung geforderten Materialeigenschaften werden durch PETG erfüllt. Daher wird PETG hinsichtlich seiner filamentspezifischen Druckparameter optimiert.

'''GreenTEC PRO:''' GreenTEC PRO ist ein Filament des österreichischen Herstellers Extrudr, das auf einer PLA-Basis entwickelt wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichem PLA-Filament ist GreenTEC PRO lebensmittelecht und zeichnet sich durch eine hohe Erweichungstemperatur aus, was ihm eine bemerkenswerte thermische Stabilität verleiht. Im Rahmen dieses Projektes werden in Zusammenarbeit mit der Entwicklungsgruppe Detailentwicklung Bauteile für die Glasboilermaschine gefertigt, die in direkten Kontakt mit Lebensmitteln kommen. Für eine spätere Zulassung der Maschine ist es erforderlich, dass alle verbauten Teile nachweislich lebensmittelecht sind. GreenTEC PRO besitzt hierfür die notwendige Zertifizierung und ist daher für Anwendungen im lebensmittelnahen Bereich geeignet. Da für die weitere Arbeit optimale Druckparameter für dieses Material benötigt werden, wird GreenTEC PRO hinsichtlich seiner filamentspezifischen Druckparameter untersucht und optimiert.

'''PLA:''' Polylactid ist ein gängiges 3D-Druckmaterial, das aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke hergestellt wird und sich durch einfache Verarbeitbarkeit sowie geringe Verformung beim Druck auszeichnet. Da PLA jedoch Feuchtigkeit aufnimmt und in feuchter Umgebung an Stabilität verlieren kann, ist es für den Einsatz in der Glasboilermaschine ungeeignet. Trotzdem wird PLA als Vergleichsmaterial untersucht und optimiert. Die Untersuchung von PLA ermöglicht es, allgemeine Erkenntnisse über Druckparameter und Materialeigenschaften zu gewinnen, die dann auf andere, für die Glasboilermaschine besser geeignete Materialien übertragen werden können. Damit dient PLA als Referenzwert, um das Verhalten von robusteren Materialien besser einordnen zu können.

'''PLA Wood:''' PLA Wood ist ein spezielles Filament, das mit Holzfasern versetzt ist und daher ein natürliches Erscheinungsbild bietet. Aufgrund seines Holzanteils lässt sich PLA Wood in der Optik und Haptik von Holz nur schwer von echtem Holz unterscheiden, während es dennoch die gleichen unkomplizierten Druckeigenschaften wie normales PLA besitzt. Im Rahmen dieser Arbeit wird PLA Wood verwendet, um sichtbare Bauteile der Maschine herzustellen, die eine ansprechende, organische Optik besitzen sollen. Die Kombination aus guter Druckbarkeit und dem attraktiven, natürlichen Aussehen machen PLA Wood für dekorative Elemente besonders geeignet. Da die Holzfasern die Druckparameter jedoch beeinflussen, wird auch dieses Filament speziell auf seine Anforderungen hin untersucht und optimiert.

=Vorgehensweise zur Optimierung filamentspezifischer Druckparameter=
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Filamentwahl.png|mini|200x200px|<nowiki>Auswahlmenü für Filamentprofile | Orca-Slicer</nowiki>]]
Die Optimierung sowie alle Testdrucke, welche hierzu nötig waren, wurden mit Hilfe des Orca-Slicers durchgeführt. Dieser bietet für eine Vielzahl an FDM-Druckertypen bereits Profile und eine hilfreiche Handreichung zur Kalibrierung der Filamente.<br>

Zu Beginn der Optimierung ist es sinnvoll, eine Kopie des Filamentenprofils im Slicer anzulegen, in welchem die Druckparameter, welche durch den Hersteller gegeben sind, abgespeichert sind. So kann ein Profil mit den alten Parametern verbleiben und ein neues enthält die Optimierungen. Somit können Vergleichsdrucke mit den alten sowie den neuen Parametern durchgeführt werden. Häufig bieten Hersteller selbst Filamentprofile zu ihren Produkten an. Sollte dies jedoch nicht der Fall sein, muss ein Profil, basierend auf den beispielsweise im Datenblatt befindlichen Angaben eines Herstellers, erstellt werden. Die einfachste Möglichkeit, um dies zu tun, ist es, eine Kopie eines dem Filament ähnlichen Profils zu erstellen und dieses abzuändern. In diesem Fall wurde das Profil von Creality Generic PETG verwendet und daraus das Extrudr PETG (Emerald) Profil erstellt. Informationen hinsichtlich der Dichte, der Erweichungstemperatur, der vorgeschlagenen Düsentemperatur sowie der Druckbetttemperatur und der Flussrate des Materials konnten dem Datenblatt auf der Herstellerwebsite entnommen werden.

Es wird beispielhaft das Vorgehen zur Optimierung der filamentspezifischen Druckparameter anhand des Extrudr PETGs durchgeführt. Optimiert werden die Flussrate, die Drucktemperatur, die "Pressure-Advance" Einstellungen sowie die "Retraction" Einstellungen und der "maximale Volumetric-Speed". Für die Optimierungsdrucke sind die vom Hersteller gegebenen Druckparameter notwendig. Diese sind für PETG von Extrudr in dieser Tabelle zu finden.
{| class="wikitable"
|+PETG Druckparameter von Extrudr
!'''Parameter'''
!Startwert
|-
|Flussrate
|0.95
|-
|Drucktemperatur
|220°C
|-
|Pressure-Advance
| -
|-
|Retraction
| -
|-
|Max. Volumetric-
Speed (MVS)
|<math display="inline">12\frac{mm^3}{s}</math>
|}

==Flussrate==
Die Flussrate ist ein Wert, der beschreibt, wie viel Material extrudiert werden soll. Eine Flussrate von 1,00 bedeutet somit, dass 100% der errechneten Filamentmenge extrudiert wird. Durch eine Erhöhung oder Verringerung der Flussrate kann die Menge des zu extrudierenden Materials feinjustiert werden:
*'''Erhöhung der Flussrate:''' Eine Erhöhung der Flussrate führt dazu, dass mehr Filament extrudiert wird. Es kann sinnvoll sein, die Extrusionsmenge zu erhöhen, wenn die Schichten nicht vollständig gefüllt sind. Eine erhöhte Flussrate kann die Haftung zwischen den Schichten verbessern, erhöht aber auch das Risiko von Überextrusion (überschüssigem Material), was zu unsauberen Druckflächen führen kann.
*'''Verringerung der Flussrate:''' Dies verringert die Menge des extrudierten Materials und kann nützlich sein, wenn das Druckergebnis Überextrusion zeigt. Überextrusion ist daran zu erkennen, dass sich Material an den Kanten aufbaut oder die Oberflächen uneben erscheinen. Zu geringe Flussraten können jedoch zu Unterextrusion führen, was Lücken und reduzierte Festigkeit nach sich zieht.
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker KM Flowrate.png|mini|250x250px|Kontextmenü zum Erstellen eines "Flowrate"-Testdrucks]]
Um einen Flussrate-Testdruck zu starten, wird im Orca-Slicer in der Kopfzeile, der Reiter „Calibration“, dann „Flow-rate“ und zuletzt „Pass 2“ gewählt. Es erscheinen 10 Plättchen beschriftet von 0 bis -9. Jedes dieser Plättchen wird mit einer immer weiter verringerten Flussrate gedruckt. So kann nach dem Druck das beste Ergebnis gewählt werden. Zu beachten ist, dass für den Flowrate-Test noch die Flussrate in der Filamenteinstellung verändert werden muss. Das Plättchen 0 soll mit einem 10 Messpunkte höheren Wert als dem Startwert von 0,95 gedruckt werden. Die in den Filamenteinstellungen zu verwendende Flussrate errechnet sich somit zu:

<math>Testflussrate = Startwert \cdot \frac{100+Messpunkte}{100} = 0,95 \cdot \frac{100+10}{100}=1,045</math>
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrateprint PETG.jpg|mini|200x200px|Flussrate-Testdruck aus "Extrudr-PETG"]]

Die resultierende, für den Testdruck einzustellende, Flussrate liegt bei 1,045 und damit bei über 100%. Sobald diese im Filamentprofil hinterlegt ist, kann die Druckplatte gesliced und der Druck gestartet werden. Nachdem der Druck durchgeführt wurde, kann das Druckergebnis begutachtet und analysiert werden. Bei der Begutachtung der Plättchen soll die Oberfläche der Drucke hinsichtlich ihrer Druckqualität bewertet werden. Bei welchen Plättchen liegt Überextrusion, bei welchen Unterextrusion vor? Sollten sämtliche Testplätchen überextrudiert sein, so muss die Testflussrate um 5 Messpunkte früher anfangen. Im Fall von Extrudr PETG hat das Plättchen mit dem Parameter -8 das beste Druckergebnis. Die endgültige Flussrate für dieses Filament ergibt sich zu:

<math>Flussrate = Testflussrate \cdot \frac{100+Parameter}{100} = 1,045 \cdot \frac{100-8}{100} = 0,9614</math>

'''Mögliche Fehlerbilder'''
{| class="wikitable"
|+
!Unterextrusion (links)
!Überextrusion
! Referenz (gut)
|-
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flussrate PETG Unterextrusion.jpg|250x250px]]
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flussrate PETG Ueberextrusion.jpg|407x407px]]
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrate PETG Referenz.jpg|470x470px]]
|}

==Drucktemperatur==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker DrucktempMenue2.png|mini|158x158px|Eingabefenster zum Erstellen eines "TempTowers"]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrate PETG TempTower.jpg|mini|180x180px|"TempTower" aus "Extrudr-PETG"]]
</div>
Die Wahl der richtigen Drucktemperatur beeinflusst das Verhalten des Filaments beim Extrudieren, die Schichthaftung, die Oberflächenqualität sowie die Festigkeit des Bauteils. Die optimale Drucktemperatur hängt stark vom verwendeten Material ab, sollte aber stets so gewählt werden, dass das Filament extrudiert werden kann, ohne zu überhitzen oder zu unterextrudieren. Zur Feststellung der für das Filament optimalen Drucktemperatur kann ein Temperaturturm gefertigt werden. Um diesen Druck vorzubereiten, ist wie zuvor in der Kopfzeile des Orca-Slicers auf „Calibration“ und weiter auf „Temperature“ zu navigieren. Es öffnet sich ein Fenster, in welchem die Start- und Endtemperatur des Testdrucks angegeben werden soll. Es empfiehlt sich, Werte nahe an dem vom Hersteller angegebenen Temperaturbereich zu wählen. Der Temperaturbereich von Extrudr, empfohlen für deren PETG, reicht von 210-230°C. Für den Temperaturturm soll die bereits optimierte Flussrate zum Druck genutzt werden. Sobald diese im Filamentprofil angepasst wurde, kann die Druckplatte gesliced und der Druck gefertigt werden.

Der Temperaturturm besteht aus einzelnen Segmenten, welche aufeinander gedruckt werden. Jedes Segment wird mit einer anderen Temperatur gefertigt. Der Unterschied bzw. Schritt zwischen jedem Segment liegt bei 5°C. Die für das Filament optimale Temperatur lässt sich aus dem Druck ablesen. Diese ist diejenige Temperatur, bei welcher die höchste Druckqualität mit den geringsten Problemen wie Stringing, Schichthaftungsproblemen, Verziehen im Überhang oder Bridgingproblemen erzielt wird.
Für das PETG von Extrudr ergibt sich eine optimale Drucktemperatur von 225°C. Diese liegt im Rahmen des vom Hersteller angegebenen Temperaturbereichs und etwas über dem Startwert.

==Pressure-Advance==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PAmenue.png|mini|143x143px|Eingabefenster zum Erstellen eines "Pressure-Advance"-Tests]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PA full.jpg|mini|125x125px|PA-Test aus "Extrudr-PETG"]]
</div>
Pressure-Advance optimiert die Flussrate des Filaments bei Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen im Druck und sorgt für eine gleichmäßige Druckqualität, insbesondere bei Ecken und Linienenden, wo starke Geschwindigkeitsänderungen stattfinden. Es handelt sich um einen hilfreichen Parameter für saubere, scharfe Kan-ten und minimiert den Materialüberschuss, besonders bei Bowden-Extrudern. Das richtige Einstellen von Pressure-Advance kann die Druckqualität erheblich verbessern, insbesondere bei komplexen und detaillierten Druckaufträgen.<br>
Zum Erstellen eines Testdrucks für Pressure-Advance, ist in der Kopfzeile des Orca-Slicers die Schaltfläche „Calibration“ und weiter „Pressure-Advance“ anzuwählen. Hier erscheint ein Auswahlmenü, in welchem der Extrudertyp des Druckers sowie der durchzuführende Test gewählt werden sollen. Orca-Slicer bietet drei unter-schiedliche Testvarianten an, wobei die Linienmethode am universellsten ist und daher hier behandelt wird.

Zu beachten ist, dass die Linienmethode ein möglichst ebenes Druckbett voraussetzt. Zudem ist es sinnvoll, den Drucker das Druckbett „meshen“ zu lassen, sodass ihm mögliche Unebenheiten bekannt sind und er für diese kompensieren kann. Weiter ist eine gute Haftung des ersten Layers notwendig. Insofern diese insuffizient ist kann mit einem dünnen Film Sprühkleber oder Haarspray auf der Druckplatte nachgeholfen werden. Vor dem Start des Druckes sollte noch die zuvor erhobene Drucktemperatur dem Filamentprofil hinzugefügt werden.

Beim fertigen des Testdrucks werden mehrere Linien mit unterschiedlichen Pressure-Advance-Werten erzeugt. Während des Drucks dieser Linien beschleunigt der Druckkopf und verzögert daraufhin wieder. An diesen Stellen muss begutachtet werden, bei welchem PA-Wert die Linie sich am geringfügigsten verändert, also kaum eine Einschnürung oder Verbreiterung der Linie vorhanden ist. <br>
Für das PETG-Filament von Extrudr ergibt sich ein optimaler PA-Wert von 0,076. Um diesen im Filament einzutragen, muss unter dem Punkt „Flow-ratio and Pressure Advance“ bei „Enable pressure Advance“ ein Haken gesetzt und der Wert darunter eingetragen werden.

==Retraction==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker retraction menue.png|mini|281x281px|Eingabefenster "Retraction"-Test]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PETG settings-override.png|mini|200x200px|"Settings override" von Extrudr-PETG]]
</div>
Retraction (dt. Rückzug) ist eine wesentliche Parametergruppe im FDM-3D-Druck, die bestimmt, wie weit und wie schnell das Filament in die Düse zurückgezogen werden soll, wenn der Druckkopf von einer Position zur nächsten bewegt wird. Retraction hilft dabei, Probleme wie Stringing und überschüssiges Material zu vermeiden, die auftreten können, wenn das geschmolzene Filament weiterhin aus der Düse austritt, obwohl es nicht benötigt wird. Durch eine sorgfältige Kalibrierung kann die Druckqualität optimiert und Probleme wie Verstopfungen und übermäßiger Filamentverbrauch vermieden werden.

Zum Vorbereiten eines Retraction-Testdrucks, ist im Orca-Slicer in der Kopfzeile der Reiter „Calibration“ und dann „Retraction test“ zu wählen. Es öffnet sich ein Auswahlmenü, in welchem die Start- sowie Endlänge des Rückzugs festzulegen ist. Zu beachten ist hierbei der Unterschied zwischen Direct-Drive-Extrudern und Bowden-Extrudern. Für DDE (Dircet-Drive-Extruder) sind die Parameter, wie im Menü zu sehen, von 0-2 mm und einer Schrittweite von 0,1 mm optimal. Bowden-Extruder benötigen jedoch als Folge ihrer Bauart eine weit höhere Rückzugslänge. Hier sollte der Test bestenfalls mit einer Länge von 1-6 mm sowie einer Schrittweite von 0,2 mm durchgeführt werden. Je höher die Rückzugslänge ist, umso länger dauert es, den Drucke zu fertigen. Vor allem bei Bowden-Extrudern muss daher abgeschätzt werden, ob die resultierende Zeiteinbuße lohneneswert ist. Zudem ist es wichtig, dass für diesen Test das Filament so trocken ist, da das Ergebnis sich sonst schnell verfälscht. Der Luftfeuchtigkeitswert soll etwa bei 15% liegen.

Als Testdruck wird ein Retraction-Tower gedruckt. Jeder Ring ist ein Schritt im vorgegebenen Intervall und kann später auch so abgelesen werden. Die optimale Rückzugslänge ist die kürzeste, bei welcher kein oder kaum noch Stringing auftritt. Im Falle des Extrudr-PETG liegt diese bei 0,4mm.<br>
Um die Funktion "Retraction" zu aktivieren, ist das Materialprofil des Filaments zu öffnen und im Reiter „Settings Overrides“ einen Haken bei „Length“ zu setzen. Dahinter kann die Länge von 0,4 mm eingetragen werden. <br>
Empfohlen ist standardmäßig die Option „Z-hop when retracting“, zu aktivieren und auch hier 0,4 mm einzutragen. Z-hop Typ ist „Normal“. Die Retraction- und Detractiongeschwindigkeit kann durch den Hersteller angegeben sein, andernfalls empfiehlt es sich, sich bei ähnlichen Produkten anderer Hersteller inspirieren zu lassen. Eine Übersicht des Reiters "Settings Overrides" für Extrudr-PETG ist rechts zu finden.

==Max. Volumetric-Speed==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker MVS Gesamtdruck.jpg|mini|337x337px|MVS-Testdruck aus "Extrudr-PETG"]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker MVS Fehlerstelle.jpg|mini|300x300px|Fehlerstelle an MVS-Testdruck]]
</div>
Die maximale volumetrische Geschwindigkeit ist ein wichtiger Druckparameter, der die Extrusionsmenge pro Zeiteinheit kontrolliert und dafür sorgt, dass der Drucker nicht versucht, mehr Material zu extrudieren, als das Hotend des Druckers verarbeiten kann. Die optimale, maximale volumetrische Geschwindigkeit variiert stark je nach Filamenttyp und Drucker. Materialien wie PLA können oft bei höheren MVS (Max. Volumetric-Speed) gedruckt werden, da diese schneller aufschmelzen. Durch die Begrenzung auf einen bestimmten MVS wird eine gleichmäßige Extrusion sichergestellt, was die Druckqualität erhöht und mechanische Belastungen sowie Fehler wie Unterextrusion minimiert.
Zum Erstellen eines Testdruck für MVS, ist in der Kopfzeile des Orca-Slicers über „Calibration“, auf „More“ und weiter auf „Max Flowrate“ zu navigieren. In dem Eingabemenü, welches sich öffnet, ist sowohl das Start-MVS als auch das End-MVS festzulegen. Es ist zu empfehlen, als Start-MVS den Wert, welcher durch den Hersteller gegeben ist, anzugeben. In diesem Fall liegt dieser bei <math>12\frac{mm^3}{s}</math>. Abhängig von der Filamentart ist das End-MVS zu wählen. Für das Extrudr PETG wurde ein End-MVS von 30 verwendet.
Nachdem der Druck gefertigt und von der Druckplatte entfernt wurde, wird dieser hinsichtlich möglicher Druckfehler begutachtet. Diese können in Form von Unterextrusion und daraus resultierenden Löchern auftreten oder sich auch als Veränderung der Oberflächenfarbe niederschlagen. Der Fehler, welcher den geringsten Abstand zur Druckplatte aufweist, wird markiert. Weiterhin ist der Abstand vom Druckbett zu Fehlerbeginn zu vermessen. Im Falle des Extrudr-PETG liegt dieser Abstand bei 21 mm. Mit einem Sicherheitsfaktor von 15% berechnet sich das Neue MVS zu:
<math>MVS = 0,85 \cdot (StartMVS+Fehlerabstand \cdot Step) = 0,85 \cdot (12+21 \cdot 0,5) = 19 \frac{mm^3}{s}</math>

= Optimierte Druckparameter der Filamentarten =
==Extrudr PETG==
{| class="wikitable"
|+Druckparameter Extrudr PETG
!Parameter
!Startwert
!Optimierter
Wert
|-
|Flussrate
|0,95
|0,9614
|-
|Drucktemperatur
|220 °C
|225 °C
|-
|Pressure-Advance
| -
|0,076
|-
|Retraction
| -
|0,4 mm
|-
|Max. Volumetric-
Speed (MVS)
|<math>12\frac{mm^3}{s}</math>
|<math>19\frac{mm^3}{s}</math>
|}
Die Optimierung der Parameter für den Werkstoff PETG vom Hersteller Extrudr wurde bereits im Abschnitt „[[#Vorgehensweise zur Optimierung filamentspezifischer Druckparameter |Vorgehensweise zur Optimierung filamentspezifischer Druckparameter ]]“ thematisiert. Dort sind alle Ergebnisse mit den zugehörigen Erklärungen zu finden.

== Extrudr GreenTEC-PRO ==
{| class="wikitable"
|+Druckparameter Extrudr GreenTEC-PRO
!Parameter
!Startwert
!Optimierter
Wert
|-
|Flussrate
|0,98
|1,003
|-
|Drucktemperatur
|220 °C
|220 °C
|-
|Pressure-Advance
| -
|0,032
|-
|Retraction
| -
|0,4 mm
|-
|Max. Volumetric-
Speed (MVS)
|<math>16\frac{mm^3}{s}</math>
|<math>19,125\frac{mm^3}{s}</math>
|}
GreenTEC-Pro birgt einige Herausforderungen in Bezug auf die Qualität, welche beim Druck entsteht. Das Filament zeigt sich als sehr hydrophil. Während der Optimierungsdrucke konnte eine drastische Veränderung der Druckeigenschaften von Green-TEC-Pro beobachtet werden. Je länger das Filament an der Umgebungsluft verweilt, desto brüchiger stellt sich sowohl das Filament selbst als auch das aus diesem gefertigte Druckergebnis dar. Damit ein Druck mit hoher qualitativer Güte gefertigt werden kann, hat der Feuchtigkeitsgehalt so gering wie möglich gehalten zu werden. Empfohlen wird in Verbindung mit GreenTEC-Pro die Nutzung eines Filamenttrockners, aus welchem das Filament direkt in den Drucker geführt wird. So ist das Filament auch bei langen Druckzeiten nicht der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die filamentspezifischen Druckparameter sind zudem abhängig von dem Feuchtegehalt des Materials. Damit ein möglichst widerholbares Druckergebnis erzielt wird, empfiehlt sich die Nutzung eines Filamenttrockners.

{| class="wikitable"
|+
!
!
!
|-
|'''Flussrate'''
|Mit 1,003 weißt GreenTEC-Pro eine im Verhältnis zu PETG hohe Flussrate auf. Dies ist auf den Grundwerkstoff PLA zurückzuführen, auf welchem GreenTEC-Pro basiert. Die Testflussrate berechnet, sich für das Betrachten von 5 Messpunkten oberhalb des Startwerts, zu:
<math>Testflussrate = Startwert \cdot \frac{100+Messpunkte}{100} = 0,98 \cdot \frac{100+5}{100} = 1,029</math>
Bei den gefertigten Testplättchen weisen die Plättchen "-2" und "-3" das beste Druckergebnis auf. Somit wird der Mittelwert beider also "-2,5" gewählt. Die Flussrate für GreenTEC-Pro ergibt sich damit zu:
<math>Flussrate = Testflussrate \cdot \frac{100+Parameter}{100}=1,029 \cdot \frac{100-2,5}{100}=1,003</math>
|[[Datei:20241118 Vincent Greinecker Flowrate GreenTEC.jpg|zentriert|222x222px|Plättchen "-2" und "-3" aus GreenTEC-PRO]]
|-
|'''Drucktemperatur'''
|Die optimale Drucktemperatur von GreenTEC-Pro liegt mit 220°C mittig in dem vom Hersteller angegebenen Temperaturbereich. Die Temperatur lässt sich am Temperaturturm ablesen, da bei dieser das beste Druckergebnis mit den geringsten Problemen vorliegt. So ist kaum Stringing sowie keinerlei Probleme im Überhang vorhanden. Die Spitze wurde zudem ordentlich ohne Schwankungen in der Steigung gefertigt.
|[[Datei:20241118 Vincent Greinecker TempTower GreenTEC.jpg|zentriert|175x175px|Temperaturturm aus GreenTEC-PRO]]
|-
|
|
|
|}

==PLA-Parameteroptimierung für Sunlu PLA==

In den folgenden Abschnitten werden die Optimierungsschritte und die finalen Einstellungen für das Sunlu PLA-Filament dokumentiert. Der Prozess folgte den im Leitfaden beschriebenen Schritten zur Anpassung von Flussrate, Temperatur, Rückzug, Pressure Advance und volumetrischer Geschwindigkeit. Ziel war es, durch gezielte Kalibrierung die bestmögliche Oberflächenbeschaffenheit und Druckqualität zu erzielen.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Flussrate 1.Durchgang.jpg|miniatur|200x200px|1.Durchlauf des Flussratentests]]

=== 1. Flussrate===
'''Erster Durchlauf''': Am 02.11.2024 wurde der Probekörper PLA-001 mit einer anfänglichen Flussrate von 0,98 gedruckt. Nach visueller Inspektion und Messungen wurde die Flussrate um 5 % angepasst, wodurch ein Wert von 1,029 erreicht wurde.

'''Zweiter Durchlauf''': Am 06.11.2024 erfolgte eine weitere Anpassung, um eine leichte Überextrusion zu beheben. Die Flussrate wurde dabei um 3 % reduziert, was zu einem finalen Wert von 0,99813 führte.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Temperaturkalibrierung 200-210 Grad.jpg|miniatur|200x200px|Temperature Tower]]

=== 2. Temperatur===
'''Temperaturtest''': Zwei Temperaturtests wurden durchgeführt, um die optimale Schichthaftung und Oberflächenqualität zu erzielen. Der erste Test umfasste einen Bereich von 200–210 °C, wobei die besten Ergebnisse am oberen Ende des Bereichs erzielt wurden. Der zweite Test, im Bereich 215–220 °C, bestätigte, dass 210 °C die optimale Drucktemperatur für das Sunlu PLA darstellt.

'''Finale Einstellung''': Die Drucktemperatur wurde abschließend auf 210 °C festgelegt.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Rückzugstest.jpg|miniatur|200x200px|Retraction Test]]

=== 3. Rückzug (Retraction)===
'''Testreihe''': Die Rückzugslänge wurde in einem Bereich von 0–3 mm getestet, um das Auftreten von Stringing zu minimieren. Basierend auf den Ergebnissen wurde eine Rückzugslänge von 0,6 mm als optimal bestimmt.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Advanced Pressure Test.jpg|miniatur|200x200px|Pressure Edge Muster]]

===4. Pressure Advance===
'''Tests zur Pressure Advance''': Verschiedene Methoden wurden zur Optimierung von Pressure Advance getestet, darunter der Pressure Tower, die Pressure Line und Pressure Edge.

*'''Pressure Tower''': Dieser Test erwies sich als wenig aussagekräftig und lieferte keine zuverlässigen Ergebnisse.
*'''Pressure Line''': Bei einem Bereich von 0–0,1 ergab sich ein Wert von 0,07, jedoch war dieser schwer abzulesen.
*'''Pressure Edge''': Durch Beleuchtung konnte hier ein Wert von 0,06 deutlich identifiziert werden.

'''Finale Einstellung''': Der Wert für Pressure Advance wurde auf 0,06 festgelegt.

===5. Maximale Volumetrische Geschwindigkeit===
'''Schritte zur Optimierung''': Zwei Testreihen wurden durchgeführt, um die maximale volumetrische Geschwindigkeit zu bestimmen. In der ersten Reihe wurde der Bereich 10–20 mm³/min in 0,5-Schritten getestet, während in der zweiten Reihe der Bereich 20–30 mm³/min in 1,0-Schritten untersucht wurde.

'''Ergebnis''': Die ideale volumetrische Geschwindigkeit für das Sunlu PLA liegt bei 20 mm³/min.

===Zusammenfassung der finalen Parameter===

{| class="wikitable"
|-
!Parameter!!Optimale Einstellung
|-
|Flussrate||0,99813
|-
|Temperatur||210 °C
|-
|Rückzug||0,6 mm
|-
|Pressure Advance||0,06
|-
|Volumetrische Geschwindigkeit||20 mm³/min
|}

Die obigen Einstellungen wurden experimentell ermittelt und bieten die besten Oberflächeneigenschaften für Sunlu PLA bei Nutzung des Orca-Slicers. Diese Werte können als Ausgangspunkt für ähnliche PLA-Typen verwendet werden, jedoch sind Anpassungen je nach individueller Druckumgebung möglicherweise erforderlich.

==Creality Wood (CR-Wood) - Parameteroptimierung==

In den folgenden Abschnitten wird die detaillierte Optimierung der Druckparameter für das Creality Wood (CR-Wood)-Filament beschrieben. Ziel dieser Tests war es, durch präzise Anpassungen an den Parametern Flussrate, Temperatur, Rückzug, Pressure Advance und der volumetrischen Geschwindigkeit die bestmögliche Druckqualität und Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Der Prozess orientierte sich an bewährten Verfahren, die bereits bei PLA erfolgreich angewandt wurden, angepasst an die spezifischen Anforderungen des Holzfilaments.
[[Datei:20241122_Wood_Flussrate_ErsterTest.jpg|miniatur|200x200px|Erster Test der Flussrate mit CR-Wood]]

===1. Flussrate===
'''Erster Durchlauf''': Am 06.11.2024 wurde der Probekörper WOOD-001 mit einer anfänglichen Flussrate von 0,98 gedruckt. Während der visuellen Inspektion zeigte sich eine leichte Überextrusion, was eine Anpassung erforderlich machte.

'''Zweiter Durchlauf''': Um das Problem zu beheben, wurde die Flussrate um 5 % auf 0,931 reduziert. Da jedoch weiterhin leichte Unregelmäßigkeiten sichtbar waren, wurde die Flussrate um weitere 1 % auf einen finalen Wert von 0,92169 verringert. Dieser Wert ermöglichte eine präzise Materialextrusion und eine saubere Oberflächenstruktur.
[[Datei:20241122_Wood_Temperaturkalibrierung_200-215_Grad.jpg|miniatur|200x200px|Temperaturtest]]

===2. Temperatur===
'''Temperaturtest''': Für das Creality Wood-Filament wurde eine Temperaturreihe im Bereich von 200–215 °C getestet, um die optimale Drucktemperatur zu finden. Erste gute Ergebnisse wurden bei 210 °C erzielt. Jedoch erwies sich 200 °C als ideal für gleichmäßige Schichthaftung und ein feines Oberflächenbild, ohne Überhitzung oder Verbrennung des Materials.

'''Finale Einstellung''': Die Drucktemperatur wurde auf 200 °C festgelegt, um eine ideale Balance zwischen Haftung und Oberflächenqualität zu gewährleisten.
[[Datei:20241122_Wood_Retraction_Test.jpg|miniatur|200x200px|Retraction Test]]

===3. Rückzug (Retraction)===
'''Testreihe''': Die Rückzugseinstellungen wurden im Bereich von 0–2 mm getestet, um Stringing (Fädenziehen) zu minimieren. Holzfilament tendiert dazu, mehr "Strings" zu ziehen als PLA, wodurch präzise Einstellungen notwendig wurden.

'''Ergebnis''': Eine Rückzugslänge von 0,3 mm wurde als optimal identifiziert. Kürzere Rückzugslängen reduzierten überschüssiges Material und minimierten Fädenbildung, ohne die Druckgeschwindigkeit oder Präzision negativ zu beeinflussen.

'''Finale Einstellung''': Die Rückzugslänge wurde auf 0,3 mm festgelegt.
[[Datei:20241122_Wood_Pressure_Advance.jpg|miniatur|200x200px|Pressure Edge Muster]]

===4. Pressure Advance===
'''Tests zur Pressure Advance''': Verschiedene Methoden wurden zur Optimierung von Pressure Advance genutzt, darunter:

'''Pressure Edge''': Bei den ersten Tests traten Haftungsprobleme auf, weshalb die Drucktemperatur der ersten Schicht auf 205 °C erhöht wurde. Dadurch verbesserte sich die Haftung signifikant.
'''Ergebnis''': Der optimal getestete Wert für Pressure Advance wurde auf 0,07 festgelegt, um stabile und gleichmäßige Extrusionen zu gewährleisten.

[[Datei:20241122_Wood_MaxVolSpeed.jpg|miniatur|200x200px|Test der maximalen volumetrischen Geschwindigkeit]]

===5. Maximale Volumetrische Geschwindigkeit===
'''Schritte zur Optimierung''': Die Tests wurden im Bereich von 10–20 mm³/min in 0,5-Schritten durchgeführt.

'''Ergebnis''': Bei 20 mm³/min wurde die beste Kombination aus Materialfluss, Geschwindigkeit und Druckqualität erzielt, ohne Verstopfungen oder unregelmäßige Oberflächen.

'''Finale Einstellung''': Die maximale volumetrische Geschwindigkeit wurde auf 20 mm³/min festgelegt.

===Zusammenfassung der finalen Parameter===
{| class="wikitable" style="text-align:center; width:50%"
|-
! Parameter
! Optimale Einstellung
|-
| Flussrate
| 0,92169
|-
| Temperatur
| 200 °C
|-
| Rückzug
| 0,3 mm
|-
| Pressure Advance
| 0,07
|-
| Volumetrische Geschwindigkeit
| 20 mm³/min
|}

Diese optimierten Parameter liefern die besten Oberflächeneigenschaften und Druckqualität für das Creality Wood-Filament. Die Ergebnisse wurden ausgiebig getestet und bieten eine solide Grundlage für die meisten Druckumgebungen. Anpassungen können jedoch je nach spezifischen Druckeranforderungen und Umgebung notwendig sein.

Optimierung Druckparameter

2024-11-22T09:49:24Z

Maximilian Beck: /* PLA-Parameteroptimierung für Sunlu PLA */

Optimierung Druckparameter

2024-11-22T09:46:59Z

Maximilian Beck: /* PLA-Parameteroptimierung für Sunlu PLA */

= Vincent Greinecker, 12.11.2024 =
Eingangsinformationen
* Aufgabenstellung
* Aufgabenanalyse

Ausgangsinformationen
* Herangehensweise zur Optimierung von Druckparametern
* Optimierte Druckparameter für unterschiedliche Filamente
* .STL Datei für Testdrucke
* Verwendete Filamentarten

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes findet eine Optimierung der Druckparameter für vier unterschiedliche Filamentarten statt. Zunächst wird eine Auswahl der zu untersuchenden Filamente getroffen. Anschließend ein geeignetes Modell für folgende Testdrucke festgelegt, anhand welchem die Oberflächenqualität der Drucke sowie die Maßhaltigkeit dieser analysiert und vermessen werden kann.

Nacheinander wird von den zu optimierenden Filamenten folgender Ablauf durchlaufen:<br>
Der erste Testdruck eines jeden Filaments wird mit den durch den Hersteller angegebenen Druckparametern durchgeführt. Das daraus resultierende Druckergebnis wird analysiert, wobei vor allem die Oberflächenbeschaffenheit sowie die Maßhaltigkeit hierbei bewertet werden sollen. Anschließend werden die Druckparameter auf Basis einer Reihe an Kalibrierungsdrucken schrittweise angepasst und optimiert. Jede Anpassung wird dokumentiert und der Einfluss der Anpassung analysiert. Sobald alle Kalibrierungsdrucke durchgeführt wurden und die resultierenden Anpassungen der Druckparameter vorgenommen wurden, wird erneut das Testdruckmodell gefertigt. Dieses mal mit den Kalibrierten Druckparametern. Dieser Druck wird nun erneut hinsichtlich seiner Oberflächenqualität sowie Maßhaltigkeit untersucht und die Ergebnisse mit denen des ersten Drucks mit den Druckeinstellungen des Herstellers verglichen. Nachfolgend können auch filamentunabhängige Parameter wie beispielsweise die Schichthöhe angepasst werden. Anpassung dieser Parameter gehen einher mit einer Veränderung der nötigen Druckdauer. Diese soll daher mit jedem Testdruck festgehalten werden, sodass eine mögliche Zeitersparnis in der Fertigung auf Basis einer verminderten Oberflächenqualität bzw. Maßhaltigkeit abgewogen werden kann.

Der gesamte Ablauf sowie die Zwischenergebnisse und das Endergebnis werden dokumentiert und zur Verwendung bereitgestellt.

=Wahl zu optimierender Filamentarten=
Im Rahmen dieses Projektes werden für vier Filamentarten die filamentbezogenen Druckparameter optimiert. Die Wahl der Filamente ist hier auf den weiteren Nutzen in diesem Projekt zurückzuführen. <br>

'''PETG:''' Polyethylenterephthalatglykol zeichnet sich durch eine Kombination aus thermischer Stabilität, hoher Schlagzähigkeit, chemischer Beständigkeit und guter Verarbeitbarkeit aus und zählt daher zu den im 3D-Druck am weitesten verbreiteten Werkstoffen. Im weiteren Verlauf dieses Projektes wird das Gehäuse der Glasboilermaschine in Zusammenarbeit mit der Detailentwicklung unter Verwendung dieses Materials gefertigt. Die für diese Anwendung geforderten Materialeigenschaften werden durch PETG erfüllt. Daher wird PETG hinsichtlich seiner filamentspezifischen Druckparameter optimiert.

'''GreenTEC PRO:''' GreenTEC PRO ist ein Filament des österreichischen Herstellers Extrudr, das auf einer PLA-Basis entwickelt wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichem PLA-Filament ist GreenTEC PRO lebensmittelecht und zeichnet sich durch eine hohe Erweichungstemperatur aus, was ihm eine bemerkenswerte thermische Stabilität verleiht. Im Rahmen dieses Projektes werden in Zusammenarbeit mit der Entwicklungsgruppe Detailentwicklung Bauteile für die Glasboilermaschine gefertigt, die in direkten Kontakt mit Lebensmitteln kommen. Für eine spätere Zulassung der Maschine ist es erforderlich, dass alle verbauten Teile nachweislich lebensmittelecht sind. GreenTEC PRO besitzt hierfür die notwendige Zertifizierung und ist daher für Anwendungen im lebensmittelnahen Bereich geeignet. Da für die weitere Arbeit optimale Druckparameter für dieses Material benötigt werden, wird GreenTEC PRO hinsichtlich seiner filamentspezifischen Druckparameter untersucht und optimiert.

'''PLA:''' Polylactid ist ein gängiges 3D-Druckmaterial, das aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke hergestellt wird und sich durch einfache Verarbeitbarkeit sowie geringe Verformung beim Druck auszeichnet. Da PLA jedoch Feuchtigkeit aufnimmt und in feuchter Umgebung an Stabilität verlieren kann, ist es für den Einsatz in der Glasboilermaschine ungeeignet. Trotzdem wird PLA als Vergleichsmaterial untersucht und optimiert. Die Untersuchung von PLA ermöglicht es, allgemeine Erkenntnisse über Druckparameter und Materialeigenschaften zu gewinnen, die dann auf andere, für die Glasboilermaschine besser geeignete Materialien übertragen werden können. Damit dient PLA als Referenzwert, um das Verhalten von robusteren Materialien besser einordnen zu können.

'''PLA Wood:''' PLA Wood ist ein spezielles Filament, das mit Holzfasern versetzt ist und daher ein natürliches Erscheinungsbild bietet. Aufgrund seines Holzanteils lässt sich PLA Wood in der Optik und Haptik von Holz nur schwer von echtem Holz unterscheiden, während es dennoch die gleichen unkomplizierten Druckeigenschaften wie normales PLA besitzt. Im Rahmen dieser Arbeit wird PLA Wood verwendet, um sichtbare Bauteile der Maschine herzustellen, die eine ansprechende, organische Optik besitzen sollen. Die Kombination aus guter Druckbarkeit und dem attraktiven, natürlichen Aussehen machen PLA Wood für dekorative Elemente besonders geeignet. Da die Holzfasern die Druckparameter jedoch beeinflussen, wird auch dieses Filament speziell auf seine Anforderungen hin untersucht und optimiert.

=Vorgehensweise zur Optimierung filamentspezifischer Druckparameter=
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Filamentwahl.png|mini|200x200px|<nowiki>Auswahlmenü für Filamentprofile | Orca-Slicer</nowiki>]]
Die Optimierung sowie alle Testdrucke, welche hierzu nötig waren, wurden mit Hilfe des Orca-Slicers durchgeführt. Dieser bietet für eine Vielzahl an FDM-Druckertypen bereits Profile und eine hilfreiche Handreichung zur Kalibrierung der Filamente.<br>

Zu Beginn der Optimierung ist es sinnvoll, eine Kopie des Filamentenprofils im Slicer anzulegen, in welchem die Druckparameter, welche durch den Hersteller gegeben sind, abgespeichert sind. So kann ein Profil mit den alten Parametern verbleiben und ein neues enthält die Optimierungen. Somit können Vergleichsdrucke mit den alten sowie den neuen Parametern durchgeführt werden. Häufig bieten Hersteller selbst Filamentprofile zu ihren Produkten an. Sollte dies jedoch nicht der Fall sein, muss ein Profil, basierend auf den beispielsweise im Datenblatt befindlichen Angaben eines Herstellers, erstellt werden. Die einfachste Möglichkeit, um dies zu tun, ist es, eine Kopie eines dem Filament ähnlichen Profils zu erstellen und dieses abzuändern. In diesem Fall wurde das Profil von Creality Generic PETG verwendet und daraus das Extrudr PETG (Emerald) Profil erstellt. Informationen hinsichtlich der Dichte, der Erweichungstemperatur, der vorgeschlagenen Düsentemperatur sowie der Druckbetttemperatur und der Flussrate des Materials konnten dem Datenblatt auf der Herstellerwebsite entnommen werden.

Es wird beispielhaft das Vorgehen zur Optimierung der filamentspezifischen Druckparameter anhand des Extrudr PETGs durchgeführt. Optimiert werden die Flussrate, die Drucktemperatur, die "Pressure-Advance" Einstellungen sowie die "Retraction" Einstellungen und der "maximale Volumetric-Speed". Für die Optimierungsdrucke sind die vom Hersteller gegebenen Druckparameter notwendig. Diese sind für PETG von Extrudr in dieser Tabelle zu finden.
{| class="wikitable"
|+PETG Druckparameter von Extrudr
!'''Parameter'''
!Startwert
|-
|Flussrate
|0.95
|-
|Drucktemperatur
|220°C
|-
|Pressure-Advance
| -
|-
|Retraction
| -
|-
|Max. Volumetric-
Speed (MVS)
|<math display="inline">12\frac{mm^3}{s}</math>
|}

==Flussrate==
Die Flussrate ist ein Wert, der beschreibt, wie viel Material extrudiert werden soll. Eine Flussrate von 1,00 bedeutet somit, dass 100% der errechneten Filamentmenge extrudiert wird. Durch eine Erhöhung oder Verringerung der Flussrate kann die Menge des zu extrudierenden Materials feinjustiert werden:
*'''Erhöhung der Flussrate:''' Eine Erhöhung der Flussrate führt dazu, dass mehr Filament extrudiert wird. Es kann sinnvoll sein, die Extrusionsmenge zu erhöhen, wenn die Schichten nicht vollständig gefüllt sind. Eine erhöhte Flussrate kann die Haftung zwischen den Schichten verbessern, erhöht aber auch das Risiko von Überextrusion (überschüssigem Material), was zu unsauberen Druckflächen führen kann.
*'''Verringerung der Flussrate:''' Dies verringert die Menge des extrudierten Materials und kann nützlich sein, wenn das Druckergebnis Überextrusion zeigt. Überextrusion ist daran zu erkennen, dass sich Material an den Kanten aufbaut oder die Oberflächen uneben erscheinen. Zu geringe Flussraten können jedoch zu Unterextrusion führen, was Lücken und reduzierte Festigkeit nach sich zieht.
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker KM Flowrate.png|mini|250x250px|Kontextmenü zum Erstellen eines "Flowrate"-Testdrucks]]
Um einen Flussrate-Testdruck zu starten, wird im Orca-Slicer in der Kopfzeile, der Reiter „Calibration“, dann „Flow-rate“ und zuletzt „Pass 2“ gewählt. Es erscheinen 10 Plättchen beschriftet von 0 bis -9. Jedes dieser Plättchen wird mit einer immer weiter verringerten Flussrate gedruckt. So kann nach dem Druck das beste Ergebnis gewählt werden. Zu beachten ist, dass für den Flowrate-Test noch die Flussrate in der Filamenteinstellung verändert werden muss. Das Plättchen 0 soll mit einem 10 Messpunkte höheren Wert als dem Startwert von 0,95 gedruckt werden. Die in den Filamenteinstellungen zu verwendende Flussrate errechnet sich somit zu:

<math>Testflussrate = Startwert \cdot \frac{100+Messpunkte}{100} = 0,95 \cdot \frac{100+10}{100}=1,045</math>
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrateprint PETG.jpg|mini|200x200px|Flussrate-Testdruck aus "Extrudr-PETG"]]

Die resultierende, für den Testdruck einzustellende, Flussrate liegt bei 1,045 und damit bei über 100%. Sobald diese im Filamentprofil hinterlegt ist, kann die Druckplatte gesliced und der Druck gestartet werden. Nachdem der Druck durchgeführt wurde, kann das Druckergebnis begutachtet und analysiert werden. Bei der Begutachtung der Plättchen soll die Oberfläche der Drucke hinsichtlich ihrer Druckqualität bewertet werden. Bei welchen Plättchen liegt Überextrusion, bei welchen Unterextrusion vor? Sollten sämtliche Testplätchen überextrudiert sein, so muss die Testflussrate um 5 Messpunkte früher anfangen. Im Fall von Extrudr PETG hat das Plättchen mit dem Parameter -8 das beste Druckergebnis. Die endgültige Flussrate für dieses Filament ergibt sich zu:

<math>Flussrate = Testflussrate \cdot \frac{100+Parameter}{100} = 1,045 \cdot \frac{100-8}{100} = 0,9614</math>

'''Mögliche Fehlerbilder'''
{| class="wikitable"
|+
!Unterextrusion (links)
!Überextrusion
! Referenz (gut)
|-
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flussrate PETG Unterextrusion.jpg|250x250px]]
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flussrate PETG Ueberextrusion.jpg|407x407px]]
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrate PETG Referenz.jpg|470x470px]]
|}

==Drucktemperatur==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker DrucktempMenue2.png|mini|158x158px|Eingabefenster zum Erstellen eines "TempTowers"]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrate PETG TempTower.jpg|mini|180x180px|"TempTower" aus "Extrudr-PETG"]]
</div>
Die Wahl der richtigen Drucktemperatur beeinflusst das Verhalten des Filaments beim Extrudieren, die Schichthaftung, die Oberflächenqualität sowie die Festigkeit des Bauteils. Die optimale Drucktemperatur hängt stark vom verwendeten Material ab, sollte aber stets so gewählt werden, dass das Filament extrudiert werden kann, ohne zu überhitzen oder zu unterextrudieren. Zur Feststellung der für das Filament optimalen Drucktemperatur kann ein Temperaturturm gefertigt werden. Um diesen Druck vorzubereiten, ist wie zuvor in der Kopfzeile des Orca-Slicers auf „Calibration“ und weiter auf „Temperature“ zu navigieren. Es öffnet sich ein Fenster, in welchem die Start- und Endtemperatur des Testdrucks angegeben werden soll. Es empfiehlt sich, Werte nahe an dem vom Hersteller angegebenen Temperaturbereich zu wählen. Der Temperaturbereich von Extrudr, empfohlen für deren PETG, reicht von 210-230°C. Für den Temperaturturm soll die bereits optimierte Flussrate zum Druck genutzt werden. Sobald diese im Filamentprofil angepasst wurde, kann die Druckplatte gesliced und der Druck gefertigt werden.

Der Temperaturturm besteht aus einzelnen Segmenten, welche aufeinander gedruckt werden. Jedes Segment wird mit einer anderen Temperatur gefertigt. Der Unterschied bzw. Schritt zwischen jedem Segment liegt bei 5°C. Die für das Filament optimale Temperatur lässt sich aus dem Druck ablesen. Diese ist diejenige Temperatur, bei welcher die höchste Druckqualität mit den geringsten Problemen wie Stringing, Schichthaftungsproblemen, Verziehen im Überhang oder Bridgingproblemen erzielt wird.
Für das PETG von Extrudr ergibt sich eine optimale Drucktemperatur von 225°C. Diese liegt im Rahmen des vom Hersteller angegebenen Temperaturbereichs und etwas über dem Startwert.

==Pressure-Advance==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PAmenue.png|mini|143x143px|Eingabefenster zum Erstellen eines "Pressure-Advance"-Tests]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PA full.jpg|mini|125x125px|PA-Test aus "Extrudr-PETG"]]
</div>
Pressure-Advance optimiert die Flussrate des Filaments bei Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen im Druck und sorgt für eine gleichmäßige Druckqualität, insbesondere bei Ecken und Linienenden, wo starke Geschwindigkeitsänderungen stattfinden. Es handelt sich um einen hilfreichen Parameter für saubere, scharfe Kan-ten und minimiert den Materialüberschuss, besonders bei Bowden-Extrudern. Das richtige Einstellen von Pressure-Advance kann die Druckqualität erheblich verbessern, insbesondere bei komplexen und detaillierten Druckaufträgen.<br>
Zum Erstellen eines Testdrucks für Pressure-Advance, ist in der Kopfzeile des Orca-Slicers die Schaltfläche „Calibration“ und weiter „Pressure-Advance“ anzuwählen. Hier erscheint ein Auswahlmenü, in welchem der Extrudertyp des Druckers sowie der durchzuführende Test gewählt werden sollen. Orca-Slicer bietet drei unter-schiedliche Testvarianten an, wobei die Linienmethode am universellsten ist und daher hier behandelt wird.

Zu beachten ist, dass die Linienmethode ein möglichst ebenes Druckbett voraussetzt. Zudem ist es sinnvoll, den Drucker das Druckbett „meshen“ zu lassen, sodass ihm mögliche Unebenheiten bekannt sind und er für diese kompensieren kann. Weiter ist eine gute Haftung des ersten Layers notwendig. Insofern diese insuffizient ist kann mit einem dünnen Film Sprühkleber oder Haarspray auf der Druckplatte nachgeholfen werden. Vor dem Start des Druckes sollte noch die zuvor erhobene Drucktemperatur dem Filamentprofil hinzugefügt werden.

Beim fertigen des Testdrucks werden mehrere Linien mit unterschiedlichen Pressure-Advance-Werten erzeugt. Während des Drucks dieser Linien beschleunigt der Druckkopf und verzögert daraufhin wieder. An diesen Stellen muss begutachtet werden, bei welchem PA-Wert die Linie sich am geringfügigsten verändert, also kaum eine Einschnürung oder Verbreiterung der Linie vorhanden ist. <br>
Für das PETG-Filament von Extrudr ergibt sich ein optimaler PA-Wert von 0,076. Um diesen im Filament einzutragen, muss unter dem Punkt „Flow-ratio and Pressure Advance“ bei „Enable pressure Advance“ ein Haken gesetzt und der Wert darunter eingetragen werden.

==Retraction==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker retraction menue.png|mini|281x281px|Eingabefenster "Retraction"-Test]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PETG settings-override.png|mini|200x200px|"Settings override" von Extrudr-PETG]]
</div>
Retraction (dt. Rückzug) ist eine wesentliche Parametergruppe im FDM-3D-Druck, die bestimmt, wie weit und wie schnell das Filament in die Düse zurückgezogen werden soll, wenn der Druckkopf von einer Position zur nächsten bewegt wird. Retraction hilft dabei, Probleme wie Stringing und überschüssiges Material zu vermeiden, die auftreten können, wenn das geschmolzene Filament weiterhin aus der Düse austritt, obwohl es nicht benötigt wird. Durch eine sorgfältige Kalibrierung kann die Druckqualität optimiert und Probleme wie Verstopfungen und übermäßiger Filamentverbrauch vermieden werden.

Zum Vorbereiten eines Retraction-Testdrucks, ist im Orca-Slicer in der Kopfzeile der Reiter „Calibration“ und dann „Retraction test“ zu wählen. Es öffnet sich ein Auswahlmenü, in welchem die Start- sowie Endlänge des Rückzugs festzulegen ist. Zu beachten ist hierbei der Unterschied zwischen Direct-Drive-Extrudern und Bowden-Extrudern. Für DDE (Dircet-Drive-Extruder) sind die Parameter, wie im Menü zu sehen, von 0-2 mm und einer Schrittweite von 0,1 mm optimal. Bowden-Extruder benötigen jedoch als Folge ihrer Bauart eine weit höhere Rückzugslänge. Hier sollte der Test bestenfalls mit einer Länge von 1-6 mm sowie einer Schrittweite von 0,2 mm durchgeführt werden. Je höher die Rückzugslänge ist, umso länger dauert es, den Drucke zu fertigen. Vor allem bei Bowden-Extrudern muss daher abgeschätzt werden, ob die resultierende Zeiteinbuße lohneneswert ist. Zudem ist es wichtig, dass für diesen Test das Filament so trocken ist, da das Ergebnis sich sonst schnell verfälscht. Der Luftfeuchtigkeitswert soll etwa bei 15% liegen.

Als Testdruck wird ein Retraction-Tower gedruckt. Jeder Ring ist ein Schritt im vorgegebenen Intervall und kann später auch so abgelesen werden. Die optimale Rückzugslänge ist die kürzeste, bei welcher kein oder kaum noch Stringing auftritt. Im Falle des Extrudr-PETG liegt diese bei 0,4mm.<br>
Um die Funktion "Retraction" zu aktivieren, ist das Materialprofil des Filaments zu öffnen und im Reiter „Settings Overrides“ einen Haken bei „Length“ zu setzen. Dahinter kann die Länge von 0,4 mm eingetragen werden. <br>
Empfohlen ist standardmäßig die Option „Z-hop when retracting“, zu aktivieren und auch hier 0,4 mm einzutragen. Z-hop Typ ist „Normal“. Die Retraction- und Detractiongeschwindigkeit kann durch den Hersteller angegeben sein, andernfalls empfiehlt es sich, sich bei ähnlichen Produkten anderer Hersteller inspirieren zu lassen. Eine Übersicht des Reiters "Settings Overrides" für Extrudr-PETG ist rechts zu finden.

==Max. Volumetric-Speed==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker MVS Gesamtdruck.jpg|mini|337x337px|MVS-Testdruck aus "Extrudr-PETG"]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker MVS Fehlerstelle.jpg|mini|300x300px|Fehlerstelle an MVS-Testdruck]]
</div>
Die maximale volumetrische Geschwindigkeit ist ein wichtiger Druckparameter, der die Extrusionsmenge pro Zeiteinheit kontrolliert und dafür sorgt, dass der Drucker nicht versucht, mehr Material zu extrudieren, als das Hotend des Druckers verarbeiten kann. Die optimale, maximale volumetrische Geschwindigkeit variiert stark je nach Filamenttyp und Drucker. Materialien wie PLA können oft bei höheren MVS (Max. Volumetric-Speed) gedruckt werden, da diese schneller aufschmelzen. Durch die Begrenzung auf einen bestimmten MVS wird eine gleichmäßige Extrusion sichergestellt, was die Druckqualität erhöht und mechanische Belastungen sowie Fehler wie Unterextrusion minimiert.
Zum Erstellen eines Testdruck für MVS, ist in der Kopfzeile des Orca-Slicers über „Calibration“, auf „More“ und weiter auf „Max Flowrate“ zu navigieren. In dem Eingabemenü, welches sich öffnet, ist sowohl das Start-MVS als auch das End-MVS festzulegen. Es ist zu empfehlen, als Start-MVS den Wert, welcher durch den Hersteller gegeben ist, anzugeben. In diesem Fall liegt dieser bei <math>12\frac{mm^3}{s}</math>. Abhängig von der Filamentart ist das End-MVS zu wählen. Für das Extrudr PETG wurde ein End-MVS von 30 verwendet.
Nachdem der Druck gefertigt und von der Druckplatte entfernt wurde, wird dieser hinsichtlich möglicher Druckfehler begutachtet. Diese können in Form von Unterextrusion und daraus resultierenden Löchern auftreten oder sich auch als Veränderung der Oberflächenfarbe niederschlagen. Der Fehler, welcher den geringsten Abstand zur Druckplatte aufweist, wird markiert. Weiterhin ist der Abstand vom Druckbett zu Fehlerbeginn zu vermessen. Im Falle des Extrudr-PETG liegt dieser Abstand bei 21 mm. Mit einem Sicherheitsfaktor von 15% berechnet sich das Neue MVS zu:
<math>MVS = 0,85 \cdot (StartMVS+Fehlerabstand \cdot Step) = 0,85 \cdot (12+21 \cdot 0,5) = 19 \frac{mm^3}{s}</math>

= Optimierte Druckparameter der Filamentarten =
==Extrudr PETG==
{| class="wikitable"
|+Druckparameter Extrudr PETG
!Parameter
!Startwert
!Optimierter
Wert
|-
|Flussrate
|0,95
|0,9614
|-
|Drucktemperatur
|220 °C
|225 °C
|-
|Pressure-Advance
| -
|0,076
|-
|Retraction
| -
|0,4 mm
|-
|Max. Volumetric-
Speed (MVS)
|<math>12\frac{mm^3}{s}</math>
|<math>19\frac{mm^3}{s}</math>
|}
Die Optimierung der Parameter für den Werkstoff PETG vom Hersteller Extrudr wurde bereits im Abschnitt „[[#Vorgehensweise zur Optimierung filamentspezifischer Druckparameter |Vorgehensweise zur Optimierung filamentspezifischer Druckparameter ]]“ thematisiert. Dort sind alle Ergebnisse mit den zugehörigen Erklärungen zu finden.

== Extrudr GreenTEC-PRO ==
{| class="wikitable"
|+Druckparameter Extrudr GreenTEC-PRO
!Parameter
!Startwert
!Optimierter
Wert
|-
|Flussrate
|0,98
|1,003
|-
|Drucktemperatur
|220 °C
|220 °C
|-
|Pressure-Advance
| -
|0,032
|-
|Retraction
| -
|0,4 mm
|-
|Max. Volumetric-
Speed (MVS)
|<math>16\frac{mm^3}{s}</math>
|<math>19,125\frac{mm^3}{s}</math>
|}
GreenTEC-Pro birgt einige Herausforderungen in Bezug auf die Qualität, welche beim Druck entsteht. Das Filament zeigt sich als sehr hydrophil. Während der Optimierungsdrucke konnte eine drastische Veränderung der Druckeigenschaften von Green-TEC-Pro beobachtet werden. Je länger das Filament an der Umgebungsluft verweilt, desto brüchiger stellt sich sowohl das Filament selbst als auch das aus diesem gefertigte Druckergebnis dar. Damit ein Druck mit hoher qualitativer Güte gefertigt werden kann, hat der Feuchtigkeitsgehalt so gering wie möglich gehalten zu werden. Empfohlen wird in Verbindung mit GreenTEC-Pro die Nutzung eines Filamenttrockners, aus welchem das Filament direkt in den Drucker geführt wird. So ist das Filament auch bei langen Druckzeiten nicht der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die filamentspezifischen Druckparameter sind zudem abhängig von dem Feuchtegehalt des Materials. Damit ein möglichst widerholbares Druckergebnis erzielt wird, empfiehlt sich die Nutzung eines Filamenttrockners.

{| class="wikitable"
|+
!
!
!
|-
|'''Flussrate'''
|Mit 1,003 weißt GreenTEC-Pro eine im Verhältnis zu PETG hohe Flussrate auf. Dies ist auf den Grundwerkstoff PLA zurückzuführen, auf welchem GreenTEC-Pro basiert. Die Testflussrate berechnet, sich für das Betrachten von 5 Messpunkten oberhalb des Startwerts, zu:
<math>Testflussrate = Startwert \cdot \frac{100+Messpunkte}{100} = 0,98 \cdot \frac{100+5}{100} = 1,029</math>
Bei den gefertigten Testplättchen weisen die Plättchen "-2" und "-3" das beste Druckergebnis auf. Somit wird der Mittelwert beider also "-2,5" gewählt. Die Flussrate für GreenTEC-Pro ergibt sich damit zu:
<math>Flussrate = Testflussrate \cdot \frac{100+Parameter}{100}=1,029 \cdot \frac{100-2,5}{100}=1,003</math>
|[[Datei:20241118 Vincent Greinecker Flowrate GreenTEC.jpg|zentriert|222x222px|Plättchen "-2" und "-3" aus GreenTEC-PRO]]
|-
|'''Drucktemperatur'''
|Die optimale Drucktemperatur von GreenTEC-Pro liegt mit 220°C mittig in dem vom Hersteller angegebenen Temperaturbereich. Die Temperatur lässt sich am Temperaturturm ablesen, da bei dieser das beste Druckergebnis mit den geringsten Problemen vorliegt. So ist kaum Stringing sowie keinerlei Probleme im Überhang vorhanden. Die Spitze wurde zudem ordentlich ohne Schwankungen in der Steigung gefertigt.
|[[Datei:20241118 Vincent Greinecker TempTower GreenTEC.jpg|zentriert|175x175px|Temperaturturm aus GreenTEC-PRO]]
|-
|
|
|
|}

==PLA-Parameteroptimierung für Sunlu PLA==

In den folgenden Abschnitten werden die Optimierungsschritte und die finalen Einstellungen für das Sunlu PLA-Filament dokumentiert. Der Prozess folgte den im Leitfaden beschriebenen Schritten zur Anpassung von Flussrate, Temperatur, Rückzug, Pressure Advance und volumetrischer Geschwindigkeit. Ziel war es, durch gezielte Kalibrierung die bestmögliche Oberflächenbeschaffenheit und Druckqualität zu erzielen.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Flussrate 1.Durchgang.jpg|miniatur|200x200px|1.Durchlauf des Flussratentests]]

=== 1. Flussrate===
'''Erster Durchlauf''': Am 02.11.2024 wurde der Probekörper PLA-001 mit einer anfänglichen Flussrate von 0,98 gedruckt. Nach visueller Inspektion und Messungen wurde die Flussrate um 5 % angepasst, wodurch ein Wert von 1,029 erreicht wurde.

'''Zweiter Durchlauf''': Am 06.11.2024 erfolgte eine weitere Anpassung, um eine leichte Überextrusion zu beheben. Die Flussrate wurde dabei um 3 % reduziert, was zu einem finalen Wert von 0,99813 führte.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Temperaturkalibrierung 200-210 Grad.jpg|miniatur|200x200px|Temperature Tower]]

=== 2. Temperatur===
'''Temperaturtest''': Zwei Temperaturtests wurden durchgeführt, um die optimale Schichthaftung und Oberflächenqualität zu erzielen. Der erste Test umfasste einen Bereich von 200–210 °C, wobei die besten Ergebnisse am oberen Ende des Bereichs erzielt wurden. Der zweite Test, im Bereich 215–220 °C, bestätigte, dass 210 °C die optimale Drucktemperatur für das Sunlu PLA darstellt.

'''Finale Einstellung''': Die Drucktemperatur wurde abschließend auf 210 °C festgelegt.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Rückzugstest.jpg|miniatur|200x200px|Retraction Test]]

=== 3. Rückzug (Retraction)===
'''Testreihe''': Die Rückzugslänge wurde in einem Bereich von 0–3 mm getestet, um das Auftreten von Stringing zu minimieren. Basierend auf den Ergebnissen wurde eine Rückzugslänge von 0,6 mm als optimal bestimmt.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Advanced Pressure Test.jpg|miniatur|200x200px|Pressure Edge Muster]]

===4. Pressure Advance===
'''Tests zur Pressure Advance''': Verschiedene Methoden wurden zur Optimierung von Pressure Advance getestet, darunter der Pressure Tower, die Pressure Line und Pressure Edge.

*'''Pressure Tower''': Dieser Test erwies sich als wenig aussagekräftig und lieferte keine zuverlässigen Ergebnisse.
*'''Pressure Line''': Bei einem Bereich von 0–0,1 ergab sich ein Wert von 0,07, jedoch war dieser schwer abzulesen.
*'''Pressure Edge''': Durch Beleuchtung konnte hier ein Wert von 0,06 deutlich identifiziert werden.

'''Finale Einstellung''': Der Wert für Pressure Advance wurde auf 0,06 festgelegt.

===5. Maximale Volumetrische Geschwindigkeit===
'''Schritte zur Optimierung''': Zwei Testreihen wurden durchgeführt, um die maximale volumetrische Geschwindigkeit zu bestimmen. In der ersten Reihe wurde der Bereich 10–20 mm³/min in 0,5-Schritten getestet, während in der zweiten Reihe der Bereich 20–30 mm³/min in 1,0-Schritten untersucht wurde.

'''Ergebnis''': Die ideale volumetrische Geschwindigkeit für das Sunlu PLA liegt bei 20 mm³/min.

==Creality Wood (CR-Wood) - Parameteroptimierung==

In den folgenden Abschnitten wird die detaillierte Optimierung der Druckparameter für das Creality Wood (CR-Wood)-Filament beschrieben. Ziel dieser Tests war es, durch präzise Anpassungen an den Parametern Flussrate, Temperatur, Rückzug, Pressure Advance und der volumetrischen Geschwindigkeit die bestmögliche Druckqualität und Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Der Prozess orientierte sich an bewährten Verfahren, die bereits bei PLA erfolgreich angewandt wurden, angepasst an die spezifischen Anforderungen des Holzfilaments.
[[Datei:20241122_Wood_Flussrate_ErsterTest.jpg|miniatur|200x200px|Erster Test der Flussrate mit CR-Wood]]

===1. Flussrate===
'''Erster Durchlauf''': Am 06.11.2024 wurde der Probekörper WOOD-001 mit einer anfänglichen Flussrate von 0,98 gedruckt. Während der visuellen Inspektion zeigte sich eine leichte Überextrusion, was eine Anpassung erforderlich machte.

'''Zweiter Durchlauf''': Um das Problem zu beheben, wurde die Flussrate um 5 % auf 0,931 reduziert. Da jedoch weiterhin leichte Unregelmäßigkeiten sichtbar waren, wurde die Flussrate um weitere 1 % auf einen finalen Wert von 0,92169 verringert. Dieser Wert ermöglichte eine präzise Materialextrusion und eine saubere Oberflächenstruktur.
[[Datei:20241122_Wood_Temperaturkalibrierung_200-215_Grad.jpg|miniatur|200x200px|Temperaturtest]]

===2. Temperatur===
'''Temperaturtest''': Für das Creality Wood-Filament wurde eine Temperaturreihe im Bereich von 200–215 °C getestet, um die optimale Drucktemperatur zu finden. Erste gute Ergebnisse wurden bei 210 °C erzielt. Jedoch erwies sich 200 °C als ideal für gleichmäßige Schichthaftung und ein feines Oberflächenbild, ohne Überhitzung oder Verbrennung des Materials.

'''Finale Einstellung''': Die Drucktemperatur wurde auf 200 °C festgelegt, um eine ideale Balance zwischen Haftung und Oberflächenqualität zu gewährleisten.
[[Datei:20241122_Wood_Retraction_Test.jpg|miniatur|200x200px|Retraction Test]]

===3. Rückzug (Retraction)===
'''Testreihe''': Die Rückzugseinstellungen wurden im Bereich von 0–2 mm getestet, um Stringing (Fädenziehen) zu minimieren. Holzfilament tendiert dazu, mehr "Strings" zu ziehen als PLA, wodurch präzise Einstellungen notwendig wurden.

'''Ergebnis''': Eine Rückzugslänge von 0,3 mm wurde als optimal identifiziert. Kürzere Rückzugslängen reduzierten überschüssiges Material und minimierten Fädenbildung, ohne die Druckgeschwindigkeit oder Präzision negativ zu beeinflussen.

'''Finale Einstellung''': Die Rückzugslänge wurde auf 0,3 mm festgelegt.
[[Datei:20241122_Wood_Pressure_Advance.jpg|miniatur|200x200px|Pressure Edge Muster]]

===4. Pressure Advance===
'''Tests zur Pressure Advance''': Verschiedene Methoden wurden zur Optimierung von Pressure Advance genutzt, darunter:

'''Pressure Edge''': Bei den ersten Tests traten Haftungsprobleme auf, weshalb die Drucktemperatur der ersten Schicht auf 205 °C erhöht wurde. Dadurch verbesserte sich die Haftung signifikant.
'''Ergebnis''': Der optimal getestete Wert für Pressure Advance wurde auf 0,07 festgelegt, um stabile und gleichmäßige Extrusionen zu gewährleisten.

[[Datei:20241122_Wood_MaxVolSpeed.jpg|miniatur|200x200px|Test der maximalen volumetrischen Geschwindigkeit]]

===5. Maximale Volumetrische Geschwindigkeit===
'''Schritte zur Optimierung''': Die Tests wurden im Bereich von 10–20 mm³/min in 0,5-Schritten durchgeführt.

'''Ergebnis''': Bei 20 mm³/min wurde die beste Kombination aus Materialfluss, Geschwindigkeit und Druckqualität erzielt, ohne Verstopfungen oder unregelmäßige Oberflächen.

'''Finale Einstellung''': Die maximale volumetrische Geschwindigkeit wurde auf 20 mm³/min festgelegt.

===Zusammenfassung der finalen Parameter===
{| class="wikitable" style="text-align:center; width:50%"
|-
! Parameter
! Optimale Einstellung
|-
| Flussrate
| 0,92169
|-
| Temperatur
| 200 °C
|-
| Rückzug
| 0,3 mm
|-
| Pressure Advance
| 0,07
|-
| Volumetrische Geschwindigkeit
| 20 mm³/min
|}

Diese optimierten Parameter liefern die besten Oberflächeneigenschaften und Druckqualität für das Creality Wood-Filament. Die Ergebnisse wurden ausgiebig getestet und bieten eine solide Grundlage für die meisten Druckumgebungen. Anpassungen können jedoch je nach spezifischen Druckeranforderungen und Umgebung notwendig sein.

==Zusammenfassung der finalen Parameter==

{| class="wikitable"
|-
!Parameter!!Optimale Einstellung
|-
|Flussrate||0,99813
|-
|Temperatur||210 °C
|-
|Rückzug||0,6 mm
|-
|Pressure Advance||0,06
|-
|Volumetrische Geschwindigkeit||20 mm³/min
|}

Die obigen Einstellungen wurden experimentell ermittelt und bieten die besten Oberflächeneigenschaften für Sunlu PLA bei Nutzung des Orca-Slicers. Diese Werte können als Ausgangspunkt für ähnliche PLA-Typen verwendet werden, jedoch sind Anpassungen je nach individueller Druckumgebung möglicherweise erforderlich.

Optimierung Druckparameter

2024-11-14T22:47:42Z

Maximilian Beck: /* PLA-Parameteroptimierung für Sunlu PLA */

= Vincent Greinecker, 12.11.2024 =
Eingangsinformationen
* Aufgabenstellung
* Aufgabenanalyse

Ausgangsinformationen
* Herangehensweise zur Optimierung von Druckparametern
* Optimierte Druckparameter für unterschiedliche Filamente
* .STL Datei für Testdrucke
* Verwendete Filamentarten

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes findet eine Optimierung der Druckparameter für vier unterschiedliche Filamentarten statt. Zunächst wird eine Auswahl der zu untersuchenden Filamente getroffen. Anschließend ein geeignetes Modell für folgende Testdrucke festgelegt, anhand welchem die Oberflächenqualität der Drucke sowie die Maßhaltigkeit dieser analysiert und vermessen werden kann.

Nacheinander wird von den zu optimierenden Filamenten folgender Ablauf durchlaufen:<br>
Der erste Testdruck eines jeden Filaments wird mit den durch den Hersteller angegebenen Druckparametern durchgeführt. Das daraus resultierende Druckergebnis wird analysiert, wobei vor allem die Oberflächenbeschaffenheit sowie die Maßhaltigkeit hierbei bewertet werden sollen. Anschließend werden die Druckparameter auf Basis einer Reihe an Kalibrierungsdrucken schrittweise angepasst und optimiert. Jede Anpassung wird dokumentiert und der Einfluss der Anpassung analysiert. Sobald alle Kalibrierungsdrucke durchgeführt wurden und die resultierenden Anpassungen der Druckparameter vorgenommen wurden, wird erneut das Testdruckmodell gefertigt. Dieses mal mit den Kalibrierten Druckparametern. Dieser Druck wird nun erneut hinsichtlich seiner Oberflächenqualität sowie Maßhaltigkeit untersucht und die Ergebnisse mit denen des ersten Drucks mit den Druckeinstellungen des Herstellers verglichen. Nachfolgend können auch filamentunabhängige Parameter wie beispielsweise die Schichthöhe angepasst werden. Anpassung dieser Parameter gehen einher mit einer Veränderung der nötigen Druckdauer. Diese soll daher mit jedem Testdruck festgehalten werden, sodass eine mögliche Zeitersparnis in der Fertigung auf Basis einer verminderten Oberflächenqualität bzw. Maßhaltigkeit abgewogen werden kann.

Der gesamte Ablauf sowie die Zwischenergebnisse und das Endergebnis werden dokumentiert und zur Verwendung bereitgestellt.

=Wahl zu optimierender Filamentarten=
Im Rahmen dieses Projektes werden für vier Filamentarten die filamentbezogenen Druckparameter optimiert. Die Wahl der Filamente ist hier auf den weiteren Nutzen in diesem Projekt zurückzuführen. <br>

'''PETG:''' Polyethylenterephthalatglykol zeichnet sich durch eine Kombination aus thermischer Stabilität, hoher Schlagzähigkeit, chemischer Beständigkeit und guter Verarbeitbarkeit aus und zählt daher zu den im 3D-Druck am weitesten verbreiteten Werkstoffen. Im weiteren Verlauf dieses Projektes wird das Gehäuse der Glasboilermaschine in Zusammenarbeit mit der Detailentwicklung unter Verwendung dieses Materials gefertigt. Die für diese Anwendung geforderten Materialeigenschaften werden durch PETG erfüllt. Daher wird PETG hinsichtlich seiner filamentspezifischen Druckparameter optimiert.

'''GreenTEC PRO:''' GreenTEC PRO ist ein Filament des österreichischen Herstellers Extrudr, das auf einer PLA-Basis entwickelt wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichem PLA-Filament ist GreenTEC PRO lebensmittelecht und zeichnet sich durch eine hohe Erweichungstemperatur aus, was ihm eine bemerkenswerte thermische Stabilität verleiht. Im Rahmen dieses Projektes werden in Zusammenarbeit mit der Entwicklungsgruppe Detailentwicklung Bauteile für die Glasboilermaschine gefertigt, die in direkten Kontakt mit Lebensmitteln kommen. Für eine spätere Zulassung der Maschine ist es erforderlich, dass alle verbauten Teile nachweislich lebensmittelecht sind. GreenTEC PRO besitzt hierfür die notwendige Zertifizierung und ist daher für Anwendungen im lebensmittelnahen Bereich geeignet. Da für die weitere Arbeit optimale Druckparameter für dieses Material benötigt werden, wird GreenTEC PRO hinsichtlich seiner filamentspezifischen Druckparameter untersucht und optimiert.

'''PLA:''' Polylactid ist ein gängiges 3D-Druckmaterial, das aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke hergestellt wird und sich durch einfache Verarbeitbarkeit sowie geringe Verformung beim Druck auszeichnet. Da PLA jedoch Feuchtigkeit aufnimmt und in feuchter Umgebung an Stabilität verlieren kann, ist es für den Einsatz in der Glasboilermaschine ungeeignet. Trotzdem wird PLA als Vergleichsmaterial untersucht und optimiert. Die Untersuchung von PLA ermöglicht es, allgemeine Erkenntnisse über Druckparameter und Materialeigenschaften zu gewinnen, die dann auf andere, für die Glasboilermaschine besser geeignete Materialien übertragen werden können. Damit dient PLA als Referenzwert, um das Verhalten von robusteren Materialien besser einordnen zu können.

'''PLA Wood:''' PLA Wood ist ein spezielles Filament, das mit Holzfasern versetzt ist und daher ein natürliches Erscheinungsbild bietet. Aufgrund seines Holzanteils lässt sich PLA Wood in der Optik und Haptik von Holz nur schwer von echtem Holz unterscheiden, während es dennoch die gleichen unkomplizierten Druckeigenschaften wie normales PLA besitzt. Im Rahmen dieser Arbeit wird PLA Wood verwendet, um sichtbare Bauteile der Maschine herzustellen, die eine ansprechende, organische Optik besitzen sollen. Die Kombination aus guter Druckbarkeit und dem attraktiven, natürlichen Aussehen machen PLA Wood für dekorative Elemente besonders geeignet. Da die Holzfasern die Druckparameter jedoch beeinflussen, wird auch dieses Filament speziell auf seine Anforderungen hin untersucht und optimiert.

=Vorgehensweise zur Optimierung filamentspezifischer Druckparameter=
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Filamentwahl.png|mini|200x200px|<nowiki>Auswahlmenü für Filamentprofile | Orca-Slicer</nowiki>]]
Die Optimierung sowie alle Testdrucke, welche hierzu nötig waren, wurden mit Hilfe des Orca-Slicers durchgeführt. Dieser bietet für eine Vielzahl an FDM-Druckertypen bereits Profile und eine hilfreiche Handreichung zur Kalibrierung der Filamente.<br>

Zu Beginn der Optimierung ist es sinnvoll, eine Kopie des Filamentenprofils im Slicer anzulegen, in welchem die Druckparameter, welche durch den Hersteller gegeben sind, abgespeichert sind. So kann ein Profil mit den alten Parametern verbleiben und ein neues enthält die Optimierungen. Somit können Vergleichsdrucke mit den alten sowie den neuen Parametern durchgeführt werden. Häufig bieten Hersteller selbst Filamentprofile zu ihren Produkten an. Sollte dies jedoch nicht der Fall sein, muss ein Profil, basierend auf den beispielsweise im Datenblatt befindlichen Angaben eines Herstellers, erstellt werden. Die einfachste Möglichkeit, um dies zu tun, ist es, eine Kopie eines dem Filament ähnlichen Profils zu erstellen und dieses abzuändern. In diesem Fall wurde das Profil von Creality Generic PETG verwendet und daraus das Extrudr PETG (Emerald) Profil erstellt. Informationen hinsichtlich der Dichte, der Erweichungstemperatur, der vorgeschlagenen Düsentemperatur sowie der Druckbetttemperatur und der Flussrate des Materials konnten dem Datenblatt auf der Herstellerwebsite entnommen werden.

Es wird beispielhaft das Vorgehen zur Optimierung der filamentspezifischen Druckparameter anhand des Extrudr PETGs durchgeführt. Optimiert werden die Flussrate, die Drucktemperatur, die "Pressure-Advance" Einstellungen sowie die "Retraction" Einstellungen und der "maximale Volumetric-Speed". Für die Optimierungsdrucke sind die vom Hersteller gegebenen Druckparameter notwendig. Diese sind für PETG von Extrudr in dieser Tabelle zu finden.
{| class="wikitable"
|+PETG Druckparameter von Extrudr
!'''Parameter'''
!Startwert
|-
|Flussrate
|0.95
|-
|Drucktemperatur
|220°C
|-
|Pressure-Advance
| -
|-
|Retraction
| -
|-
|Max. Volumetric-
Speed (MVS)
|<math display="inline">12\frac{mm^3}{s}</math>
|}

==Flussrate==
Die Flussrate ist ein Wert, der beschreibt, wie viel Material extrudiert werden soll. Eine Flussrate von 1,00 bedeutet somit, dass 100% der errechneten Filamentmenge extrudiert wird. Durch eine Erhöhung oder Verringerung der Flussrate kann die Menge des zu extrudierenden Materials feinjustiert werden:
*'''Erhöhung der Flussrate:''' Eine Erhöhung der Flussrate führt dazu, dass mehr Filament extrudiert wird. Es kann sinnvoll sein, die Extrusionsmenge zu erhöhen, wenn die Schichten nicht vollständig gefüllt sind. Eine erhöhte Flussrate kann die Haftung zwischen den Schichten verbessern, erhöht aber auch das Risiko von Überextrusion (überschüssigem Material), was zu unsauberen Druckflächen führen kann.
*'''Verringerung der Flussrate:''' Dies verringert die Menge des extrudierten Materials und kann nützlich sein, wenn das Druckergebnis Überextrusion zeigt. Überextrusion ist daran zu erkennen, dass sich Material an den Kanten aufbaut oder die Oberflächen uneben erscheinen. Zu geringe Flussraten können jedoch zu Unterextrusion führen, was Lücken und reduzierte Festigkeit nach sich zieht.
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker KM Flowrate.png|mini|250x250px|Kontextmenü zum Erstellen eines "Flowrate"-Testdrucks]]
Um einen Flussrate-Testdruck zu starten, wird im Orca-Slicer in der Kopfzeile, der Reiter „Calibration“, dann „Flow-rate“ und zuletzt „Pass 2“ gewählt. Es erscheinen 10 Plättchen beschriftet von 0 bis -9. Jedes dieser Plättchen wird mit einer immer weiter verringerten Flussrate gedruckt. So kann nach dem Druck das beste Ergebnis gewählt werden. Zu beachten ist, dass für den Flowrate-Test noch die Flussrate in der Filamenteinstellung verändert werden muss. Das Plättchen 0 soll mit einem 10 Messpunkte höheren Wert als dem Startwert von 0,95 gedruckt werden. Die in den Filamenteinstellungen zu verwendende Flussrate errechnet sich somit zu:

<math>Testflussrate = Startwert \cdot \frac{100+Messpunkte}{100} = 0,95 \cdot \frac{100+10}{100}=1,045</math>
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrateprint PETG.jpg|mini|200x200px|Flussrate-Testdruck aus "Extrudr-PETG"]]

Die resultierende, für den Testdruck einzustellende, Flussrate liegt bei 1,045 und damit bei über 100%. Sobald diese im Filamentprofil hinterlegt ist, kann die Druckplatte gesliced und der Druck gestartet werden. Nachdem der Druck durchgeführt wurde, kann das Druckergebnis begutachtet und analysiert werden. Bei der Begutachtung der Plättchen soll die Oberfläche der Drucke hinsichtlich ihrer Druckqualität bewertet werden. Bei welchen Plättchen liegt Überextrusion, bei welchen Unterextrusion vor? Sollten sämtliche Testplätchen überextrudiert sein, so muss die Testflussrate um 5 Messpunkte früher anfangen. Im Fall von Extrudr PETG hat das Plättchen mit dem Parameter -8 das beste Druckergebnis. Die endgültige Flussrate für dieses Filament ergibt sich zu:

<math>Flussrate = Testflussrate \cdot \frac{100+Parameter}{100} = 1,045 \cdot \frac{100-8}{100} = 0,9614</math>

'''Mögliche Fehlerbilder'''
{| class="wikitable"
|+
!Unterextrusion (links)
!Überextrusion
! Referenz (gut)
|-
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flussrate PETG Unterextrusion.jpg|250x250px]]
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flussrate PETG Ueberextrusion.jpg|407x407px]]
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrate PETG Referenz.jpg|470x470px]]
|}

==Drucktemperatur==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker DrucktempMenue2.png|mini|158x158px|Eingabefenster zum Erstellen eines "TempTowers"]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrate PETG TempTower.jpg|mini|180x180px|"TempTower" aus "Extrudr-PETG"]]
</div>
Die Wahl der richtigen Drucktemperatur beeinflusst das Verhalten des Filaments beim Extrudieren, die Schichthaftung, die Oberflächenqualität sowie die Festigkeit des Bauteils. Die optimale Drucktemperatur hängt stark vom verwendeten Material ab, sollte aber stets so gewählt werden, dass das Filament extrudiert werden kann, ohne zu überhitzen oder zu unterextrudieren. Zur Feststellung der für das Filament optimalen Drucktemperatur kann ein Temperaturturm gefertigt werden. Um diesen Druck vorzubereiten, ist wie zuvor in der Kopfzeile des Orca-Slicers auf „Calibration“ und weiter auf „Temperature“ zu navigieren. Es öffnet sich ein Fenster, in welchem die Start- und Endtemperatur des Testdrucks angegeben werden soll. Es empfiehlt sich, Werte nahe an dem vom Hersteller angegebenen Temperaturbereich zu wählen. Der Temperaturbereich von Extrudr, empfohlen für deren PETG, reicht von 210-230°C. Für den Temperaturturm soll die bereits optimierte Flussrate zum Druck genutzt werden. Sobald diese im Filamentprofil angepasst wurde, kann die Druckplatte gesliced und der Druck gefertigt werden.

Der Temperaturturm besteht aus einzelnen Segmenten, welche aufeinander gedruckt werden. Jedes Segment wird mit einer anderen Temperatur gefertigt. Der Unterschied bzw. Schritt zwischen jedem Segment liegt bei 5°C. Die für das Filament optimale Temperatur lässt sich aus dem Druck ablesen. Diese ist diejenige Temperatur, bei welcher die höchste Druckqualität mit den geringsten Problemen wie Stringing, Schichthaftungsproblemen, Verziehen im Überhang oder Bridgingproblemen erzielt wird.
Für das PETG von Extrudr ergibt sich eine optimale Drucktemperatur von 225°C. Diese liegt im Rahmen des vom Hersteller angegebenen Temperaturbereichs und etwas über dem Startwert.

==Pressure-Advance==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PAmenue.png|mini|143x143px|Eingabefenster zum Erstellen eines "Pressure-Advance"-Tests]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PA full.jpg|mini|125x125px|PA-Test aus "Extrudr-PETG"]]
</div>
Pressure-Advance optimiert die Flussrate des Filaments bei Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen im Druck und sorgt für eine gleichmäßige Druckqualität, insbesondere bei Ecken und Linienenden, wo starke Geschwindigkeitsänderungen stattfinden. Es handelt sich um einen hilfreichen Parameter für saubere, scharfe Kan-ten und minimiert den Materialüberschuss, besonders bei Bowden-Extrudern. Das richtige Einstellen von Pressure-Advance kann die Druckqualität erheblich verbessern, insbesondere bei komplexen und detaillierten Druckaufträgen.<br>
Zum Erstellen eines Testdrucks für Pressure-Advance, ist in der Kopfzeile des Orca-Slicers die Schaltfläche „Calibration“ und weiter „Pressure-Advance“ anzuwählen. Hier erscheint ein Auswahlmenü, in welchem der Extrudertyp des Druckers sowie der durchzuführende Test gewählt werden sollen. Orca-Slicer bietet drei unter-schiedliche Testvarianten an, wobei die Linienmethode am universellsten ist und daher hier behandelt wird.

Zu beachten ist, dass die Linienmethode ein möglichst ebenes Druckbett voraussetzt. Zudem ist es sinnvoll, den Drucker das Druckbett „meshen“ zu lassen, sodass ihm mögliche Unebenheiten bekannt sind und er für diese kompensieren kann. Weiter ist eine gute Haftung des ersten Layers notwendig. Insofern diese insuffizient ist kann mit einem dünnen Film Sprühkleber oder Haarspray auf der Druckplatte nachgeholfen werden. Vor dem Start des Druckes sollte noch die zuvor erhobene Drucktemperatur dem Filamentprofil hinzugefügt werden.

Beim fertigen des Testdrucks werden mehrere Linien mit unterschiedlichen Pressure-Advance-Werten erzeugt. Während des Drucks dieser Linien beschleunigt der Druckkopf und verzögert daraufhin wieder. An diesen Stellen muss begutachtet werden, bei welchem PA-Wert die Linie sich am geringfügigsten verändert, also kaum eine Einschnürung oder Verbreiterung der Linie vorhanden ist. <br>
Für das PETG-Filament von Extrudr ergibt sich ein optimaler PA-Wert von 0,076. Um diesen im Filament einzutragen, muss unter dem Punkt „Flow-ratio and Pressure Advance“ bei „Enable pressure Advance“ ein Haken gesetzt und der Wert darunter eingetragen werden.

==Retraction==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker retraction menue.png|mini|281x281px|Eingabefenster "Retraction"-Test]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PETG settings-override.png|mini|200x200px|"Settings override" von Extrudr-PETG]]
</div>
Retraction (dt. Rückzug) ist eine wesentliche Parametergruppe im FDM-3D-Druck, die bestimmt, wie weit und wie schnell das Filament in die Düse zurückgezogen werden soll, wenn der Druckkopf von einer Position zur nächsten bewegt wird. Retraction hilft dabei, Probleme wie Stringing und überschüssiges Material zu vermeiden, die auftreten können, wenn das geschmolzene Filament weiterhin aus der Düse austritt, obwohl es nicht benötigt wird. Durch eine sorgfältige Kalibrierung kann die Druckqualität optimiert und Probleme wie Verstopfungen und übermäßiger Filamentverbrauch vermieden werden.

Zum Vorbereiten eines Retraction-Testdrucks, ist im Orca-Slicer in der Kopfzeile der Reiter „Calibration“ und dann „Retraction test“ zu wählen. Es öffnet sich ein Auswahlmenü, in welchem die Start- sowie Endlänge des Rückzugs festzulegen ist. Zu beachten ist hierbei der Unterschied zwischen Direct-Drive-Extrudern und Bowden-Extrudern. Für DDE (Dircet-Drive-Extruder) sind die Parameter, wie im Menü zu sehen, von 0-2 mm und einer Schrittweite von 0,1 mm optimal. Bowden-Extruder benötigen jedoch als Folge ihrer Bauart eine weit höhere Rückzugslänge. Hier sollte der Test bestenfalls mit einer Länge von 1-6 mm sowie einer Schrittweite von 0,2 mm durchgeführt werden. Je höher die Rückzugslänge ist, umso länger dauert es, den Drucke zu fertigen. Vor allem bei Bowden-Extrudern muss daher abgeschätzt werden, ob die resultierende Zeiteinbuße lohneneswert ist. Zudem ist es wichtig, dass für diesen Test das Filament so trocken ist, da das Ergebnis sich sonst schnell verfälscht. Der Luftfeuchtigkeitswert soll etwa bei 15% liegen.

Als Testdruck wird ein Retraction-Tower gedruckt. Jeder Ring ist ein Schritt im vorgegebenen Intervall und kann später auch so abgelesen werden. Die optimale Rückzugslänge ist die kürzeste, bei welcher kein oder kaum noch Stringing auftritt. Im Falle des Extrudr-PETG liegt diese bei 0,4mm.<br>
Um die Funktion "Retraction" zu aktivieren, ist das Materialprofil des Filaments zu öffnen und im Reiter „Settings Overrides“ einen Haken bei „Length“ zu setzen. Dahinter kann die Länge von 0,4 mm eingetragen werden. <br>
Empfohlen ist standardmäßig die Option „Z-hop when retracting“, zu aktivieren und auch hier 0,4 mm einzutragen. Z-hop Typ ist „Normal“. Die Retraction- und Detractiongeschwindigkeit kann durch den Hersteller angegeben sein, andernfalls empfiehlt es sich, sich bei ähnlichen Produkten anderer Hersteller inspirieren zu lassen. Eine Übersicht des Reiters "Settings Overrides" für Extrudr-PETG ist rechts zu finden.

==Max. Volumetric-Speed==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker MVS Gesamtdruck.jpg|mini|337x337px|MVS-Testdruck aus "Extrudr-PETG"]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker MVS Fehlerstelle.jpg|mini|300x300px|Fehlerstelle an MVS-Testdruck]]
</div>
Die maximale volumetrische Geschwindigkeit ist ein wichtiger Druckparameter, der die Extrusionsmenge pro Zeiteinheit kontrolliert und dafür sorgt, dass der Drucker nicht versucht, mehr Material zu extrudieren, als das Hotend des Druckers verarbeiten kann. Die optimale, maximale volumetrische Geschwindigkeit variiert stark je nach Filamenttyp und Drucker. Materialien wie PLA können oft bei höheren MVS (Max. Volumetric-Speed) gedruckt werden, da diese schneller aufschmelzen. Durch die Begrenzung auf einen bestimmten MVS wird eine gleichmäßige Extrusion sichergestellt, was die Druckqualität erhöht und mechanische Belastungen sowie Fehler wie Unterextrusion minimiert.
Zum Erstellen eines Testdruck für MVS, ist in der Kopfzeile des Orca-Slicers über „Calibration“, auf „More“ und weiter auf „Max Flowrate“ zu navigieren. In dem Eingabemenü, welches sich öffnet, ist sowohl das Start-MVS als auch das End-MVS festzulegen. Es ist zu empfehlen, als Start-MVS den Wert, welcher durch den Hersteller gegeben ist, anzugeben. In diesem Fall liegt dieser bei <math>12\frac{mm^3}{s}</math>. Abhängig von der Filamentart ist das End-MVS zu wählen. Für das Extrudr PETG wurde ein End-MVS von 30 verwendet.
Nachdem der Druck gefertigt und von der Druckplatte entfernt wurde, wird dieser hinsichtlich möglicher Druckfehler begutachtet. Diese können in Form von Unterextrusion und daraus resultierenden Löchern auftreten oder sich auch als Veränderung der Oberflächenfarbe niederschlagen. Der Fehler, welcher den geringsten Abstand zur Druckplatte aufweist, wird markiert. Weiterhin ist der Abstand vom Druckbett zu Fehlerbeginn zu vermessen. Im Falle des Extrudr-PETG liegt dieser Abstand bei 21 mm. Mit einem Sicherheitsfaktor von 15% berechnet sich das Neue MVS zu:
<math>MVS = 0,85 \cdot (StartMVS+Fehlerabstand \cdot Step) = 0,85 \cdot (12+21 \cdot 0,5) = 19 \frac{mm^3}{s}</math>
Hier ist der Bericht mit einer Wiki-kompatiblen Struktur und Formatierung:

== PLA-Parameteroptimierung für Sunlu PLA ==

In den folgenden Abschnitten werden die Optimierungsschritte und die finalen Einstellungen für das Sunlu PLA-Filament dokumentiert. Der Prozess folgte den im Leitfaden beschriebenen Schritten zur Anpassung von Flussrate, Temperatur, Rückzug, Pressure Advance und volumetrischer Geschwindigkeit. Ziel war es, durch gezielte Kalibrierung die bestmögliche Oberflächenbeschaffenheit und Druckqualität zu erzielen.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Flussrate 1.Durchgang.jpg|miniatur|200x200px|1.Durchlauf des Flussratentests]]

=== 1. Flussrate ===
'''Erster Durchlauf''': Am 02.11.2024 wurde der Probekörper PLA-001 mit einer anfänglichen Flussrate von 0,98 gedruckt. Nach visueller Inspektion und Messungen wurde die Flussrate um 5 % angepasst, wodurch ein Wert von 1,029 erreicht wurde.

'''Zweiter Durchlauf''': Am 06.11.2024 erfolgte eine weitere Anpassung, um eine leichte Überextrusion zu beheben. Die Flussrate wurde dabei um 3 % reduziert, was zu einem finalen Wert von 0,99813 führte.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Temperaturkalibrierung 200-210 Grad.jpg|miniatur|200x200px|Temperature Tower]]

=== 2. Temperatur ===
'''Temperaturtest''': Zwei Temperaturtests wurden durchgeführt, um die optimale Schichthaftung und Oberflächenqualität zu erzielen. Der erste Test umfasste einen Bereich von 200–210 °C, wobei die besten Ergebnisse am oberen Ende des Bereichs erzielt wurden. Der zweite Test, im Bereich 215–220 °C, bestätigte, dass 210 °C die optimale Drucktemperatur für das Sunlu PLA darstellt.

'''Finale Einstellung''': Die Drucktemperatur wurde abschließend auf 210 °C festgelegt.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Rückzugstest.jpg|miniatur|200x200px|Retraction Test]]

=== 3. Rückzug (Retraction) ===
'''Testreihe''': Die Rückzugslänge wurde in einem Bereich von 0–3 mm getestet, um das Auftreten von Stringing zu minimieren. Basierend auf den Ergebnissen wurde eine Rückzugslänge von 0,6 mm als optimal bestimmt.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Advanced Pressure Test.jpg|miniatur|200x200px|Pressure Edge Muster]]

=== 4. Pressure Advance ===
'''Tests zur Pressure Advance''': Verschiedene Methoden wurden zur Optimierung von Pressure Advance getestet, darunter der Pressure Tower, die Pressure Line und Pressure Edge.

* '''Pressure Tower''': Dieser Test erwies sich als wenig aussagekräftig und lieferte keine zuverlässigen Ergebnisse.
* '''Pressure Line''': Bei einem Bereich von 0–0,1 ergab sich ein Wert von 0,07, jedoch war dieser schwer abzulesen.
* '''Pressure Edge''': Durch Beleuchtung konnte hier ein Wert von 0,06 deutlich identifiziert werden.

'''Finale Einstellung''': Der Wert für Pressure Advance wurde auf 0,06 festgelegt.

=== 5. Maximale Volumetrische Geschwindigkeit ===
'''Schritte zur Optimierung''': Zwei Testreihen wurden durchgeführt, um die maximale volumetrische Geschwindigkeit zu bestimmen. In der ersten Reihe wurde der Bereich 10–20 mm³/min in 0,5-Schritten getestet, während in der zweiten Reihe der Bereich 20–30 mm³/min in 1,0-Schritten untersucht wurde.

'''Ergebnis''': Die ideale volumetrische Geschwindigkeit für das Sunlu PLA liegt bei 20 mm³/min.

== Zusammenfassung der finalen Parameter ==

{| class="wikitable"
|-
! Parameter !! Optimale Einstellung
|-
| Flussrate || 0,99813
|-
| Temperatur || 210 °C
|-
| Rückzug || 0,6 mm
|-
| Pressure Advance || 0,06
|-
| Volumetrische Geschwindigkeit || 20 mm³/min
|}

Die obigen Einstellungen wurden experimentell ermittelt und bieten die besten Oberflächeneigenschaften für Sunlu PLA bei Nutzung des Orca-Slicers. Diese Werte können als Ausgangspunkt für ähnliche PLA-Typen verwendet werden, jedoch sind Anpassungen je nach individueller Druckumgebung möglicherweise erforderlich.

Optimierung Druckparameter

2024-11-14T22:47:31Z

Maximilian Beck: /* Max. Volumetric-Speed */

= Vincent Greinecker, 12.11.2024 =
Eingangsinformationen
* Aufgabenstellung
* Aufgabenanalyse

Ausgangsinformationen
* Herangehensweise zur Optimierung von Druckparametern
* Optimierte Druckparameter für unterschiedliche Filamente
* .STL Datei für Testdrucke
* Verwendete Filamentarten

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes findet eine Optimierung der Druckparameter für vier unterschiedliche Filamentarten statt. Zunächst wird eine Auswahl der zu untersuchenden Filamente getroffen. Anschließend ein geeignetes Modell für folgende Testdrucke festgelegt, anhand welchem die Oberflächenqualität der Drucke sowie die Maßhaltigkeit dieser analysiert und vermessen werden kann.

Nacheinander wird von den zu optimierenden Filamenten folgender Ablauf durchlaufen:<br>
Der erste Testdruck eines jeden Filaments wird mit den durch den Hersteller angegebenen Druckparametern durchgeführt. Das daraus resultierende Druckergebnis wird analysiert, wobei vor allem die Oberflächenbeschaffenheit sowie die Maßhaltigkeit hierbei bewertet werden sollen. Anschließend werden die Druckparameter auf Basis einer Reihe an Kalibrierungsdrucken schrittweise angepasst und optimiert. Jede Anpassung wird dokumentiert und der Einfluss der Anpassung analysiert. Sobald alle Kalibrierungsdrucke durchgeführt wurden und die resultierenden Anpassungen der Druckparameter vorgenommen wurden, wird erneut das Testdruckmodell gefertigt. Dieses mal mit den Kalibrierten Druckparametern. Dieser Druck wird nun erneut hinsichtlich seiner Oberflächenqualität sowie Maßhaltigkeit untersucht und die Ergebnisse mit denen des ersten Drucks mit den Druckeinstellungen des Herstellers verglichen. Nachfolgend können auch filamentunabhängige Parameter wie beispielsweise die Schichthöhe angepasst werden. Anpassung dieser Parameter gehen einher mit einer Veränderung der nötigen Druckdauer. Diese soll daher mit jedem Testdruck festgehalten werden, sodass eine mögliche Zeitersparnis in der Fertigung auf Basis einer verminderten Oberflächenqualität bzw. Maßhaltigkeit abgewogen werden kann.

Der gesamte Ablauf sowie die Zwischenergebnisse und das Endergebnis werden dokumentiert und zur Verwendung bereitgestellt.

=Wahl zu optimierender Filamentarten=
Im Rahmen dieses Projektes werden für vier Filamentarten die filamentbezogenen Druckparameter optimiert. Die Wahl der Filamente ist hier auf den weiteren Nutzen in diesem Projekt zurückzuführen. <br>

'''PETG:''' Polyethylenterephthalatglykol zeichnet sich durch eine Kombination aus thermischer Stabilität, hoher Schlagzähigkeit, chemischer Beständigkeit und guter Verarbeitbarkeit aus und zählt daher zu den im 3D-Druck am weitesten verbreiteten Werkstoffen. Im weiteren Verlauf dieses Projektes wird das Gehäuse der Glasboilermaschine in Zusammenarbeit mit der Detailentwicklung unter Verwendung dieses Materials gefertigt. Die für diese Anwendung geforderten Materialeigenschaften werden durch PETG erfüllt. Daher wird PETG hinsichtlich seiner filamentspezifischen Druckparameter optimiert.

'''GreenTEC PRO:''' GreenTEC PRO ist ein Filament des österreichischen Herstellers Extrudr, das auf einer PLA-Basis entwickelt wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichem PLA-Filament ist GreenTEC PRO lebensmittelecht und zeichnet sich durch eine hohe Erweichungstemperatur aus, was ihm eine bemerkenswerte thermische Stabilität verleiht. Im Rahmen dieses Projektes werden in Zusammenarbeit mit der Entwicklungsgruppe Detailentwicklung Bauteile für die Glasboilermaschine gefertigt, die in direkten Kontakt mit Lebensmitteln kommen. Für eine spätere Zulassung der Maschine ist es erforderlich, dass alle verbauten Teile nachweislich lebensmittelecht sind. GreenTEC PRO besitzt hierfür die notwendige Zertifizierung und ist daher für Anwendungen im lebensmittelnahen Bereich geeignet. Da für die weitere Arbeit optimale Druckparameter für dieses Material benötigt werden, wird GreenTEC PRO hinsichtlich seiner filamentspezifischen Druckparameter untersucht und optimiert.

'''PLA:''' Polylactid ist ein gängiges 3D-Druckmaterial, das aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke hergestellt wird und sich durch einfache Verarbeitbarkeit sowie geringe Verformung beim Druck auszeichnet. Da PLA jedoch Feuchtigkeit aufnimmt und in feuchter Umgebung an Stabilität verlieren kann, ist es für den Einsatz in der Glasboilermaschine ungeeignet. Trotzdem wird PLA als Vergleichsmaterial untersucht und optimiert. Die Untersuchung von PLA ermöglicht es, allgemeine Erkenntnisse über Druckparameter und Materialeigenschaften zu gewinnen, die dann auf andere, für die Glasboilermaschine besser geeignete Materialien übertragen werden können. Damit dient PLA als Referenzwert, um das Verhalten von robusteren Materialien besser einordnen zu können.

'''PLA Wood:''' PLA Wood ist ein spezielles Filament, das mit Holzfasern versetzt ist und daher ein natürliches Erscheinungsbild bietet. Aufgrund seines Holzanteils lässt sich PLA Wood in der Optik und Haptik von Holz nur schwer von echtem Holz unterscheiden, während es dennoch die gleichen unkomplizierten Druckeigenschaften wie normales PLA besitzt. Im Rahmen dieser Arbeit wird PLA Wood verwendet, um sichtbare Bauteile der Maschine herzustellen, die eine ansprechende, organische Optik besitzen sollen. Die Kombination aus guter Druckbarkeit und dem attraktiven, natürlichen Aussehen machen PLA Wood für dekorative Elemente besonders geeignet. Da die Holzfasern die Druckparameter jedoch beeinflussen, wird auch dieses Filament speziell auf seine Anforderungen hin untersucht und optimiert.

=Vorgehensweise zur Optimierung filamentspezifischer Druckparameter=
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Filamentwahl.png|mini|200x200px|<nowiki>Auswahlmenü für Filamentprofile | Orca-Slicer</nowiki>]]
Die Optimierung sowie alle Testdrucke, welche hierzu nötig waren, wurden mit Hilfe des Orca-Slicers durchgeführt. Dieser bietet für eine Vielzahl an FDM-Druckertypen bereits Profile und eine hilfreiche Handreichung zur Kalibrierung der Filamente.<br>

Zu Beginn der Optimierung ist es sinnvoll, eine Kopie des Filamentenprofils im Slicer anzulegen, in welchem die Druckparameter, welche durch den Hersteller gegeben sind, abgespeichert sind. So kann ein Profil mit den alten Parametern verbleiben und ein neues enthält die Optimierungen. Somit können Vergleichsdrucke mit den alten sowie den neuen Parametern durchgeführt werden. Häufig bieten Hersteller selbst Filamentprofile zu ihren Produkten an. Sollte dies jedoch nicht der Fall sein, muss ein Profil, basierend auf den beispielsweise im Datenblatt befindlichen Angaben eines Herstellers, erstellt werden. Die einfachste Möglichkeit, um dies zu tun, ist es, eine Kopie eines dem Filament ähnlichen Profils zu erstellen und dieses abzuändern. In diesem Fall wurde das Profil von Creality Generic PETG verwendet und daraus das Extrudr PETG (Emerald) Profil erstellt. Informationen hinsichtlich der Dichte, der Erweichungstemperatur, der vorgeschlagenen Düsentemperatur sowie der Druckbetttemperatur und der Flussrate des Materials konnten dem Datenblatt auf der Herstellerwebsite entnommen werden.

Es wird beispielhaft das Vorgehen zur Optimierung der filamentspezifischen Druckparameter anhand des Extrudr PETGs durchgeführt. Optimiert werden die Flussrate, die Drucktemperatur, die "Pressure-Advance" Einstellungen sowie die "Retraction" Einstellungen und der "maximale Volumetric-Speed". Für die Optimierungsdrucke sind die vom Hersteller gegebenen Druckparameter notwendig. Diese sind für PETG von Extrudr in dieser Tabelle zu finden.
{| class="wikitable"
|+PETG Druckparameter von Extrudr
!'''Parameter'''
!Startwert
|-
|Flussrate
|0.95
|-
|Drucktemperatur
|220°C
|-
|Pressure-Advance
| -
|-
|Retraction
| -
|-
|Max. Volumetric-
Speed (MVS)
|<math display="inline">12\frac{mm^3}{s}</math>
|}

==Flussrate==
Die Flussrate ist ein Wert, der beschreibt, wie viel Material extrudiert werden soll. Eine Flussrate von 1,00 bedeutet somit, dass 100% der errechneten Filamentmenge extrudiert wird. Durch eine Erhöhung oder Verringerung der Flussrate kann die Menge des zu extrudierenden Materials feinjustiert werden:
*'''Erhöhung der Flussrate:''' Eine Erhöhung der Flussrate führt dazu, dass mehr Filament extrudiert wird. Es kann sinnvoll sein, die Extrusionsmenge zu erhöhen, wenn die Schichten nicht vollständig gefüllt sind. Eine erhöhte Flussrate kann die Haftung zwischen den Schichten verbessern, erhöht aber auch das Risiko von Überextrusion (überschüssigem Material), was zu unsauberen Druckflächen führen kann.
*'''Verringerung der Flussrate:''' Dies verringert die Menge des extrudierten Materials und kann nützlich sein, wenn das Druckergebnis Überextrusion zeigt. Überextrusion ist daran zu erkennen, dass sich Material an den Kanten aufbaut oder die Oberflächen uneben erscheinen. Zu geringe Flussraten können jedoch zu Unterextrusion führen, was Lücken und reduzierte Festigkeit nach sich zieht.
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker KM Flowrate.png|mini|250x250px|Kontextmenü zum Erstellen eines "Flowrate"-Testdrucks]]
Um einen Flussrate-Testdruck zu starten, wird im Orca-Slicer in der Kopfzeile, der Reiter „Calibration“, dann „Flow-rate“ und zuletzt „Pass 2“ gewählt. Es erscheinen 10 Plättchen beschriftet von 0 bis -9. Jedes dieser Plättchen wird mit einer immer weiter verringerten Flussrate gedruckt. So kann nach dem Druck das beste Ergebnis gewählt werden. Zu beachten ist, dass für den Flowrate-Test noch die Flussrate in der Filamenteinstellung verändert werden muss. Das Plättchen 0 soll mit einem 10 Messpunkte höheren Wert als dem Startwert von 0,95 gedruckt werden. Die in den Filamenteinstellungen zu verwendende Flussrate errechnet sich somit zu:

<math>Testflussrate = Startwert \cdot \frac{100+Messpunkte}{100} = 0,95 \cdot \frac{100+10}{100}=1,045</math>
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrateprint PETG.jpg|mini|200x200px|Flussrate-Testdruck aus "Extrudr-PETG"]]

Die resultierende, für den Testdruck einzustellende, Flussrate liegt bei 1,045 und damit bei über 100%. Sobald diese im Filamentprofil hinterlegt ist, kann die Druckplatte gesliced und der Druck gestartet werden. Nachdem der Druck durchgeführt wurde, kann das Druckergebnis begutachtet und analysiert werden. Bei der Begutachtung der Plättchen soll die Oberfläche der Drucke hinsichtlich ihrer Druckqualität bewertet werden. Bei welchen Plättchen liegt Überextrusion, bei welchen Unterextrusion vor? Sollten sämtliche Testplätchen überextrudiert sein, so muss die Testflussrate um 5 Messpunkte früher anfangen. Im Fall von Extrudr PETG hat das Plättchen mit dem Parameter -8 das beste Druckergebnis. Die endgültige Flussrate für dieses Filament ergibt sich zu:

<math>Flussrate = Testflussrate \cdot \frac{100+Parameter}{100} = 1,045 \cdot \frac{100-8}{100} = 0,9614</math>

'''Mögliche Fehlerbilder'''
{| class="wikitable"
|+
!Unterextrusion (links)
!Überextrusion
! Referenz (gut)
|-
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flussrate PETG Unterextrusion.jpg|250x250px]]
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flussrate PETG Ueberextrusion.jpg|407x407px]]
|[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrate PETG Referenz.jpg|470x470px]]
|}

==Drucktemperatur==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker DrucktempMenue2.png|mini|158x158px|Eingabefenster zum Erstellen eines "TempTowers"]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker Flowrate PETG TempTower.jpg|mini|180x180px|"TempTower" aus "Extrudr-PETG"]]
</div>
Die Wahl der richtigen Drucktemperatur beeinflusst das Verhalten des Filaments beim Extrudieren, die Schichthaftung, die Oberflächenqualität sowie die Festigkeit des Bauteils. Die optimale Drucktemperatur hängt stark vom verwendeten Material ab, sollte aber stets so gewählt werden, dass das Filament extrudiert werden kann, ohne zu überhitzen oder zu unterextrudieren. Zur Feststellung der für das Filament optimalen Drucktemperatur kann ein Temperaturturm gefertigt werden. Um diesen Druck vorzubereiten, ist wie zuvor in der Kopfzeile des Orca-Slicers auf „Calibration“ und weiter auf „Temperature“ zu navigieren. Es öffnet sich ein Fenster, in welchem die Start- und Endtemperatur des Testdrucks angegeben werden soll. Es empfiehlt sich, Werte nahe an dem vom Hersteller angegebenen Temperaturbereich zu wählen. Der Temperaturbereich von Extrudr, empfohlen für deren PETG, reicht von 210-230°C. Für den Temperaturturm soll die bereits optimierte Flussrate zum Druck genutzt werden. Sobald diese im Filamentprofil angepasst wurde, kann die Druckplatte gesliced und der Druck gefertigt werden.

Der Temperaturturm besteht aus einzelnen Segmenten, welche aufeinander gedruckt werden. Jedes Segment wird mit einer anderen Temperatur gefertigt. Der Unterschied bzw. Schritt zwischen jedem Segment liegt bei 5°C. Die für das Filament optimale Temperatur lässt sich aus dem Druck ablesen. Diese ist diejenige Temperatur, bei welcher die höchste Druckqualität mit den geringsten Problemen wie Stringing, Schichthaftungsproblemen, Verziehen im Überhang oder Bridgingproblemen erzielt wird.
Für das PETG von Extrudr ergibt sich eine optimale Drucktemperatur von 225°C. Diese liegt im Rahmen des vom Hersteller angegebenen Temperaturbereichs und etwas über dem Startwert.

==Pressure-Advance==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PAmenue.png|mini|143x143px|Eingabefenster zum Erstellen eines "Pressure-Advance"-Tests]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PA full.jpg|mini|125x125px|PA-Test aus "Extrudr-PETG"]]
</div>
Pressure-Advance optimiert die Flussrate des Filaments bei Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen im Druck und sorgt für eine gleichmäßige Druckqualität, insbesondere bei Ecken und Linienenden, wo starke Geschwindigkeitsänderungen stattfinden. Es handelt sich um einen hilfreichen Parameter für saubere, scharfe Kan-ten und minimiert den Materialüberschuss, besonders bei Bowden-Extrudern. Das richtige Einstellen von Pressure-Advance kann die Druckqualität erheblich verbessern, insbesondere bei komplexen und detaillierten Druckaufträgen.<br>
Zum Erstellen eines Testdrucks für Pressure-Advance, ist in der Kopfzeile des Orca-Slicers die Schaltfläche „Calibration“ und weiter „Pressure-Advance“ anzuwählen. Hier erscheint ein Auswahlmenü, in welchem der Extrudertyp des Druckers sowie der durchzuführende Test gewählt werden sollen. Orca-Slicer bietet drei unter-schiedliche Testvarianten an, wobei die Linienmethode am universellsten ist und daher hier behandelt wird.

Zu beachten ist, dass die Linienmethode ein möglichst ebenes Druckbett voraussetzt. Zudem ist es sinnvoll, den Drucker das Druckbett „meshen“ zu lassen, sodass ihm mögliche Unebenheiten bekannt sind und er für diese kompensieren kann. Weiter ist eine gute Haftung des ersten Layers notwendig. Insofern diese insuffizient ist kann mit einem dünnen Film Sprühkleber oder Haarspray auf der Druckplatte nachgeholfen werden. Vor dem Start des Druckes sollte noch die zuvor erhobene Drucktemperatur dem Filamentprofil hinzugefügt werden.

Beim fertigen des Testdrucks werden mehrere Linien mit unterschiedlichen Pressure-Advance-Werten erzeugt. Während des Drucks dieser Linien beschleunigt der Druckkopf und verzögert daraufhin wieder. An diesen Stellen muss begutachtet werden, bei welchem PA-Wert die Linie sich am geringfügigsten verändert, also kaum eine Einschnürung oder Verbreiterung der Linie vorhanden ist. <br>
Für das PETG-Filament von Extrudr ergibt sich ein optimaler PA-Wert von 0,076. Um diesen im Filament einzutragen, muss unter dem Punkt „Flow-ratio and Pressure Advance“ bei „Enable pressure Advance“ ein Haken gesetzt und der Wert darunter eingetragen werden.

==Retraction==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker retraction menue.png|mini|281x281px|Eingabefenster "Retraction"-Test]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker PETG settings-override.png|mini|200x200px|"Settings override" von Extrudr-PETG]]
</div>
Retraction (dt. Rückzug) ist eine wesentliche Parametergruppe im FDM-3D-Druck, die bestimmt, wie weit und wie schnell das Filament in die Düse zurückgezogen werden soll, wenn der Druckkopf von einer Position zur nächsten bewegt wird. Retraction hilft dabei, Probleme wie Stringing und überschüssiges Material zu vermeiden, die auftreten können, wenn das geschmolzene Filament weiterhin aus der Düse austritt, obwohl es nicht benötigt wird. Durch eine sorgfältige Kalibrierung kann die Druckqualität optimiert und Probleme wie Verstopfungen und übermäßiger Filamentverbrauch vermieden werden.

Zum Vorbereiten eines Retraction-Testdrucks, ist im Orca-Slicer in der Kopfzeile der Reiter „Calibration“ und dann „Retraction test“ zu wählen. Es öffnet sich ein Auswahlmenü, in welchem die Start- sowie Endlänge des Rückzugs festzulegen ist. Zu beachten ist hierbei der Unterschied zwischen Direct-Drive-Extrudern und Bowden-Extrudern. Für DDE (Dircet-Drive-Extruder) sind die Parameter, wie im Menü zu sehen, von 0-2 mm und einer Schrittweite von 0,1 mm optimal. Bowden-Extruder benötigen jedoch als Folge ihrer Bauart eine weit höhere Rückzugslänge. Hier sollte der Test bestenfalls mit einer Länge von 1-6 mm sowie einer Schrittweite von 0,2 mm durchgeführt werden. Je höher die Rückzugslänge ist, umso länger dauert es, den Drucke zu fertigen. Vor allem bei Bowden-Extrudern muss daher abgeschätzt werden, ob die resultierende Zeiteinbuße lohneneswert ist. Zudem ist es wichtig, dass für diesen Test das Filament so trocken ist, da das Ergebnis sich sonst schnell verfälscht. Der Luftfeuchtigkeitswert soll etwa bei 15% liegen.

Als Testdruck wird ein Retraction-Tower gedruckt. Jeder Ring ist ein Schritt im vorgegebenen Intervall und kann später auch so abgelesen werden. Die optimale Rückzugslänge ist die kürzeste, bei welcher kein oder kaum noch Stringing auftritt. Im Falle des Extrudr-PETG liegt diese bei 0,4mm.<br>
Um die Funktion "Retraction" zu aktivieren, ist das Materialprofil des Filaments zu öffnen und im Reiter „Settings Overrides“ einen Haken bei „Length“ zu setzen. Dahinter kann die Länge von 0,4 mm eingetragen werden. <br>
Empfohlen ist standardmäßig die Option „Z-hop when retracting“, zu aktivieren und auch hier 0,4 mm einzutragen. Z-hop Typ ist „Normal“. Die Retraction- und Detractiongeschwindigkeit kann durch den Hersteller angegeben sein, andernfalls empfiehlt es sich, sich bei ähnlichen Produkten anderer Hersteller inspirieren zu lassen. Eine Übersicht des Reiters "Settings Overrides" für Extrudr-PETG ist rechts zu finden.

==Max. Volumetric-Speed==
<div style="float: right; display: flex; gap: 5px;">
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker MVS Gesamtdruck.jpg|mini|337x337px|MVS-Testdruck aus "Extrudr-PETG"]]
[[Datei:20241112 Vincent Greinecker MVS Fehlerstelle.jpg|mini|300x300px|Fehlerstelle an MVS-Testdruck]]
</div>
Die maximale volumetrische Geschwindigkeit ist ein wichtiger Druckparameter, der die Extrusionsmenge pro Zeiteinheit kontrolliert und dafür sorgt, dass der Drucker nicht versucht, mehr Material zu extrudieren, als das Hotend des Druckers verarbeiten kann. Die optimale, maximale volumetrische Geschwindigkeit variiert stark je nach Filamenttyp und Drucker. Materialien wie PLA können oft bei höheren MVS (Max. Volumetric-Speed) gedruckt werden, da diese schneller aufschmelzen. Durch die Begrenzung auf einen bestimmten MVS wird eine gleichmäßige Extrusion sichergestellt, was die Druckqualität erhöht und mechanische Belastungen sowie Fehler wie Unterextrusion minimiert.
Zum Erstellen eines Testdruck für MVS, ist in der Kopfzeile des Orca-Slicers über „Calibration“, auf „More“ und weiter auf „Max Flowrate“ zu navigieren. In dem Eingabemenü, welches sich öffnet, ist sowohl das Start-MVS als auch das End-MVS festzulegen. Es ist zu empfehlen, als Start-MVS den Wert, welcher durch den Hersteller gegeben ist, anzugeben. In diesem Fall liegt dieser bei <math>12\frac{mm^3}{s}</math>. Abhängig von der Filamentart ist das End-MVS zu wählen. Für das Extrudr PETG wurde ein End-MVS von 30 verwendet.
Nachdem der Druck gefertigt und von der Druckplatte entfernt wurde, wird dieser hinsichtlich möglicher Druckfehler begutachtet. Diese können in Form von Unterextrusion und daraus resultierenden Löchern auftreten oder sich auch als Veränderung der Oberflächenfarbe niederschlagen. Der Fehler, welcher den geringsten Abstand zur Druckplatte aufweist, wird markiert. Weiterhin ist der Abstand vom Druckbett zu Fehlerbeginn zu vermessen. Im Falle des Extrudr-PETG liegt dieser Abstand bei 21 mm. Mit einem Sicherheitsfaktor von 15% berechnet sich das Neue MVS zu:
<math>MVS = 0,85 \cdot (StartMVS+Fehlerabstand \cdot Step) = 0,85 \cdot (12+21 \cdot 0,5) = 19 \frac{mm^3}{s}</math>
Hier ist der Bericht mit einer Wiki-kompatiblen Struktur und Formatierung:

== PLA-Parameteroptimierung für Sunlu PLA ==

In den folgenden Abschnitten werden die Optimierungsschritte und die finalen Einstellungen für das Sunlu PLA-Filament dokumentiert. Der Prozess folgte den im Leitfaden beschriebenen Schritten zur Anpassung von Flussrate, Temperatur, Rückzug, Pressure Advance und volumetrischer Geschwindigkeit. Ziel war es, durch gezielte Kalibrierung die bestmögliche Oberflächenbeschaffenheit und Druckqualität zu erzielen.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Flussrate 1.Durchgang.jpg|miniatur|200x200px|1.Durchlauf des Flussratentests]]

=== 1. Flussrate ===
'''Erster Durchlauf''': Am 02.11.2024 wurde der Probekörper PLA-001 mit einer anfänglichen Flussrate von 0,98 gedruckt. Nach visueller Inspektion und Messungen wurde die Flussrate um 5 % angepasst, wodurch ein Wert von 1,029 erreicht wurde.

'''Zweiter Durchlauf''': Am 06.11.2024 erfolgte eine weitere Anpassung, um eine leichte Überextrusion zu beheben. Die Flussrate wurde dabei um 3 % reduziert, was zu einem finalen Wert von 0,99813 führte.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Temperaturkalibrierung 200-210 Grad.jpg|miniatur|200x200px|Temperature Tower]]

=== 2. Temperatur ===
'''Temperaturtest''': Zwei Temperaturtests wurden durchgeführt, um die optimale Schichthaftung und Oberflächenqualität zu erzielen. Der erste Test umfasste einen Bereich von 200–210 °C, wobei die besten Ergebnisse am oberen Ende des Bereichs erzielt wurden. Der zweite Test, im Bereich 215–220 °C, bestätigte, dass 210 °C die optimale Drucktemperatur für das Sunlu PLA darstellt.

'''Finale Einstellung''': Die Drucktemperatur wurde abschließend auf 210 °C festgelegt.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Rückzugstest.jpg|miniatur|200x200px|Retraction Test]]

=== 3. Rückzug (Retraction) ===
'''Testreihe''': Die Rückzugslänge wurde in einem Bereich von 0–3 mm getestet, um das Auftreten von Stringing zu minimieren. Basierend auf den Ergebnissen wurde eine Rückzugslänge von 0,6 mm als optimal bestimmt.
[[Datei:20241114_Maximilian_Beck_Advanced Pressure Test.jpg|miniatur|200x200px|Pressure Edge Muster]]

=== 4. Pressure Advance ===
'''Tests zur Pressure Advance''': Verschiedene Methoden wurden zur Optimierung von Pressure Advance getestet, darunter der Pressure Tower, die Pressure Line und Pressure Edge.

* '''Pressure Tower''': Dieser Test erwies sich als wenig aussagekräftig und lieferte keine zuverlässigen Ergebnisse.
* '''Pressure Line''': Bei einem Bereich von 0–0,1 ergab sich ein Wert von 0,07, jedoch war dieser schwer abzulesen.
* '''Pressure Edge''': Durch Beleuchtung konnte hier ein Wert von 0,06 deutlich identifiziert werden.

'''Finale Einstellung''': Der Wert für Pressure Advance wurde auf 0,06 festgelegt.

=== 5. Maximale Volumetrische Geschwindigkeit ===
'''Schritte zur Optimierung''': Zwei Testreihen wurden durchgeführt, um die maximale volumetrische Geschwindigkeit zu bestimmen. In der ersten Reihe wurde der Bereich 10–20 mm³/min in 0,5-Schritten getestet, während in der zweiten Reihe der Bereich 20–30 mm³/min in 1,0-Schritten untersucht wurde.

'''Ergebnis''': Die ideale volumetrische Geschwindigkeit für das Sunlu PLA liegt bei 20 mm³/min.

== Zusammenfassung der finalen Parameter ==

{| class="wikitable"
|-
! Parameter !! Optimale Einstellung
|-
| Flussrate || 0,99813
|-
| Temperatur || 210 °C
|-
| Rückzug || 0,6 mm
|-
| Pressure Advance || 0,06
|-
| Volumetrische Geschwindigkeit || 20 mm³/min
|}

Die obigen Einstellungen wurden experimentell ermittelt und bieten die besten Oberflächeneigenschaften für Sunlu PLA bei Nutzung des Orca-Slicers. Diese Werte können als Ausgangspunkt für ähnliche PLA-Typen verwendet werden, jedoch sind Anpassungen je nach individueller Druckumgebung möglicherweise erforderlich.

Datei:20241114 Maximilian Beck Temperaturkalibrierung 200-210 Grad.jpg

2024-11-14T22:39:59Z

Maximilian Beck:

Datei:20241114 Maximilian Beck Rückzugstest.jpg

2024-11-14T22:39:43Z

Maximilian Beck:

Datei:20241114 Maximilian Beck Flussrate 1.Durchgang.jpg

2024-11-14T22:39:32Z

Maximilian Beck:

Datei:20241114 Maximilian Beck Advanced Pressure Test.jpg

2024-11-14T22:38:48Z

Maximilian Beck:

Projektarbeit Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba, Vincent Greinecker

2024-11-06T13:00:46Z

Maximilian Beck: /* Zielvereinbarung */

= Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =

== Aufgabenanalyse ==
Die Aufgabe des Teams FDM 3D-Druck besteht in der Bearbeitung drei großer Themengebiete. Bei den Themengebieten Einflussfaktoren auf die Druckqualität sowie bei Nachbearbeitung/-behandlung von FDM 3D-Druck Oberflächen handelt es sich um wissenschaftliche, auf Recherche und Experiment fokussierte Aufgabenbereiche. Der Aufgabenbereich Zusammenarbeit mit Gruppe Detailentwicklung ist im Gegensatz zu den anderen Themenbereichen darauf fokussiert, in einer beratenden sowie fertigenden Kapazität für die Detailentwicklung zur Verfügung zu stehen.

=== Einflussfaktoren auf die Druckqualität (Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit) ===
Das Ziel, welches hinter den Aufgaben in diesem Themenbereich steht, liegt darin, Einflussfaktoren, welche die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit von FDM gedruckten Teilen beeinflussen, zu identifizieren, diese zu dokumentieren und Lösungen zu optimieren. Bei der Oberfläche ist zudem darauf zu achten, eine möglichst neutral aus-sehende Oberfläche zu erzeugen. Sie sollte also nicht sofort als 3D-Druck gefertigt erkennbar sein.

Die Qualität eines jeden Druckes ist stark abhängig von den in der Slicer-Software hinterlegten Druckparametern. Damit sowohl eine gute Oberflächenqualität sowie eine adäquate Maßhaltigkeit der gefertigten Teile gewährleistet werden können, müssen diese Druckparameter optimiert werden. Hierbei handelt es sich um einen iterativen Prozess, welcher spezifisch für unterschiedliche Filamente durchgeführt werden muss. Um die Auswirkungen der veränderten Parameter analysieren zu können, müssen Testdrucke durchgeführt werden und anhand des Druckergebnisses die Einstellungen weiter angepasst werden, bis ein optimales Ergebnis erzielt wird.

Neben den Druckparametern spielt auch die Art des für den Druck genutzten Materials bzw. Filaments eine Rolle. Verschiedene Materialien lassen sich unterschiedlich gut drucken und hinterlassen selbst mit optimierten Druckparametern ein starkes voneinander abweichendes optisches Ergebnis. Auch die Genauigkeit eines Druckes kann abhängig von der Wahl des Materials sein. Es soll also analysiert werden, welche Materialien besonders gut geeignet sind um maßhaltige sowie optisch ansprechende Teile zu erzeugen.

Neben den Einflussfaktoren, welche durch die Materialwahl sowie Druckereinstellungen charakterisiert werden können, lässt sich sowohl die Oberfläche als auch die Maßhaltigkeit eines Druckes durch das Nutzen unterschiedlicher Druckplatten beeinflussen. Druckplatten sind ein Bauteil eines FDM 3D-Druckers und stellen die Oberflächen dar, auf welchen ein Teil gefertigt wird. Die Aufgabe besteht darin, anhand einer Recherche ein Dokument zu erstellen, in welchem sowohl technische Details als auch praktische Anwendungen verschiedener Druckplattenoberflächen aufgeführt werden. Zudem soll der Produktionsvorgang von Druckplatten beleuchtet und erklärt werden.

Zusätzlich zu den in diesem Themenbereich bereits aufgeführten Aufgaben sind nachfolgend noch weitere optionale Aufgaben zu finden. Bei diesen steht es dem Team frei, diese zu bearbeiten.

Auf dem Markt für 3D-Drucker sind eine Vielzahl an Firmen und noch mehr Produkte vertreten. Es gilt also zu beleuchten, ob ein qualitativer Einfluss in der Wahl des Druckers besteht. Hierzu müssen Testdrucke mit den gleichen Materialien, sowie den gleichen Druckparametern auf unterschiedlichen Maschinen durchgeführt werden. Der Vergleich der Ergebnisse soll hierbei dokumentiert und analysiert werden.

Dadurch, dass die meisten Produzenten von 3D-Druckern ihre eigene Slicer-Software anbieten, sollte auch der Einfluss dieser auf die Druckqualität untersucht werden. Um den Einfluss messbar darzustellen, muss auf dem gleichen Drucker der gleiche Testdruck mit den gleichen Druckparametern durchgeführt werden. Der für den Vergleich nötige Unterschied muss darin liegen, dass zur Vorbereitung der Druckdatei unterschiedliche Slicer verwendet werden. Das Vorgehen sowie das Ergebnis sollen dokumentiert und analysiert werden.

=== Nachbearbeitung/-behandlung von FDM 3D-Druck Oberflächen ===
In diesem Themenbereich sollen Möglichkeiten der Nachbearbeitung/-behandlung von 3D gedruckten Oberflächen beleuchtet werden. Diese Möglichkeiten sollen in Bezug auf die resultierende Optik sowie die Veränderung der Abmaße untersucht werden.

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der Zerspanung sind beispielsweise die Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet. Hier gilt es durch Recherche herauszufinden, welche Möglichkeiten sich im Bereich des 3D-Drucks bieten, diese, wenn möglich, im Praxistest zu erproben und die Ergebnisse zu bewerten. Schlussendlich soll ein Dokument erstellt werden, in welchem verschiedene mechanische Nachbearbeitungsmethoden aufgeführt werden. Die Vorgehens-weise dieser soll behandelt werden und eine Empfehlung für unterschiedliche Materialien ausgesprochen werden.

Neben der mechanischen Nachbearbeitung ist zudem die chemische in diversen Fertigungszweigen sehr verbreitet. Auch hier gilt es, die Recherche nach möglichen Ver-fahren zu betreiben, einzuschätzen, welche in der Hochschule absolvierbar sind, diese zu erproben und aus den Ergebnissen Schlüsse zu ziehen. Die Recherche, die Vorgehensweise der Erprobung sowie die Ergebnisse sollen in einem Dokument festgehalten werden.
Neben den bisher genannten Bereichen zur Nachbehandlung gibt es noch den Bereich der Beschichtungsmethoden, welche als optionale Aufgabe dem Team zur Verfügung stehen. Bei den beschichtenden Methoden handelt es sich um Disziplinen wie das Lackieren oder Verspachteln von Oberflächen. Zu Beginn soll Recherche betrieben werden, welche Beschichtungsmethoden in der 3D-Druck Branche Anwendung finden. Einige von ihnen sollen dann im Versuch erprobt werden. Die Vorgehensweise sowie das Ergebnis der Erprobungen sollen festgehalten und dokumentiert werden.

=== Zusammenarbeit mit Gruppe Detailentwicklung ===
Parallel zu den Untersuchungen der Gruppe FDM 3D-Druck werden durch die Detailentwicklung Bauteile für das Projekt zur technischen Beeinflussbarkeit der Geschmackssache Kaffee entworfen und entwickelt. Diese Teile sollen später mittels 3D-Druck gefertigt werden. Hier liegt die Aufgabe des Teams darin, für Fragen hinsichtlich Machbarkeit, Material etc. beratend zur Verfügung zu stehen. So soll sichergestellt werden, dass die durch die Detailentwicklung entworfenen Bauteile später auch gefertigt werden können. Der Schritt der Fertigung fällt auch in den Aufgabenbereich der Gruppe FDM 3D-Druck. Hierbei wird darauf zu achten sein, die notwendigen Bauteile in ausreichend hoher Qualität zu produzieren. Mögliche Lehren aus den zuvor durch-geführten Recherchen und Optimierungen sollen möglichst angewendet werden, um Bauteile mit hoher Qualität zu fertigen.

== Zielvereinbarung ==
Diese Projektarbeit hat das Ziel, die verschiedenen Einflussfaktoren auf die Druckqualität von FDM-3D-Drucken zu untersuchen und zu verbessern. Im Fokus stehen dabei sowohl die Oberflächenqualität als auch die Maßhaltigkeit der Druckteile. Zusätzlich sollen mögliche Nachbearbeitungsmethoden für die Bauteiloberfläche evaluiert werden, um die ästhetischen und funktionellen Eigenschaften der gedruckten Objekte zu optimieren. <br>
Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die Analyse des Einflusses unterschiedlicher Filamentarten, wie PETG und Greentech Pro, auf die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit. Hierzu werden spezifische Testdrucke definiert, durchgeführt und anschließend vermessen sowie bewertet. Die Dokumentation der Untersuchungsergebnisse ist ein zentrales Element dieses Abschnitts.<br>
Des Weiteren wird angestrebt, die Druckparameter für die verwendeten Filamente zu optimieren. Durch systematische Testdrucke sollen optimale Druckeinstellungen ermittelt werden, wobei die Ergebnisse analysiert und schrittweise Anpassungen vorgenommen werden, bis ein zufriedenstellendes Oberflächenresultat erzielt wird. Die Optimierungsschritte sowie die erzielten Endergebnisse werden umfassend dokumentiert.<br>
Optional wird der Einfluss verschiedener Druckplattenbeschichtungen und die Wirkung texturierter Oberflächen, zum Beispiel durch Fuzzy Skin, untersucht. Ebenfalls optional könnte der Einfluss verschiedener FDM-Drucker sowie unterschiedlicher Slicersoftware auf das Druckergebnis erforscht werden.
Zusätzlich werden sowohl mechanische als auch chemische Nachbearbeitungsmöglichkeiten für die Bauteiloberfläche recherchiert, getestet und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bewertet. Dies umfasst Methoden wie Abschleifen, Verspachteln, Primen und Lackieren der Oberflächen. <br>
Ein kontinuierlicher Austausch mit der Gruppe Detailentwicklung ist vorgesehen, um die Druckbarkeit der Teile zu diskutieren und Druckaufträge effizient auszuführen. Durch den Abschluss dieses Projekts wird ein umfassendes Verständnis für die Einflussfaktoren im FDM-3D-Druck angestrebt, während gleichzeitig die Oberflächenqualität durch geeignete Nachbearbeitungsmethoden verbessert werden soll.

== Arbeitspakete ==
=== Status ===
10 - Erfasst<br>
30 - in Bearbeitung<br>
50 - Lösung definiert<br>
70 - in Umsetzung<br>
90 - Umsetzung abgeschlossen<br>
99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)<br>
100 - Maßnahme bestätigt<br>

=== ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===

{| class="wikitable sortable"
|+
|-
! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV
|-
| 1.1 || [[Optimierung Druckparameter|Optimierung der Druckparameter für 3D-Druck Filamente]]|| Vincent Greinecker|| || 10 ||13.11.2024
|-
| 1.2 || [[Einfluss Material|Einfluss des verwendeten Materials auf die Druckqualität]]|| Maximilian Beck || || 10 ||18.11.2024
|-
| 1.3 || [[Druckplatten|Einfluss verschiedener Druckplatten auf die Druckqualität]]|| Andrei Zemba || || 10 ||13.11.2024
|-
| 1.4 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Maximilian Beck || || 10 ||(optional)
|-
| 1.5 || [[Texturierungsmethoden|Untersuchung von Texturierungsmethoden für verbesserte Druckoberflächen]] || Andrei Zemba || || 10 ||(optional)
|-
| 2.1 || [[Mechanische Nachbearbeitungsmethoden|Mechanische Nachbearbeitungsmethoden für Bauteiloberflächen]] || Luca Schmid || || 10 ||13.11.2024
|-
| 2.2 || [[Chemische Nachbehandlung|Chemische Nachbehandlungen für Bauteiloberflächen]] || Vincent Greinecker || || 10 ||09.12.2024
|-
| 3 || [[Bauteile|Zusammenarbeit mit Gruppe Detailentwicklung]] || Luca Schmid|| || 10 ||13.11.2024
|}

= Besprechungsprotokolle =
* [[Projektrücksprache 17.10.2024]]
* [[Projektrücksprache 29.10.2024]]
* [[Projektrücksprache 13.11.2024]]