Technische Beeinflussbarkeit der Geschmacksache Kaffee - Benutzerbeiträge [de]

Projektarbeit Simon Besl, Matthias Strohmeier, Maximilian Wimmer

2025-07-04T07:38:19Z

Simon Besl: /* ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck */

<htmltag tagname="img" src="http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc" width="1" height="1" alt=""></htmltag>
= Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =

== Aufgabenanalyse ==

===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===
In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. 

Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-
Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. 
Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.

=== Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===
Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.

Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.

Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.

Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:

# '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.
# '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.

Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.

===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===
In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet.

Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.

Die Temperaturbeständigkeit wird über Wärmeformbeständigkeitsprüfungen sowie durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen getestet. In Kombination mit einem heißen Wasserbad, solle es realistische Bedingungen simulieren.

Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.

== Zielvereinbarung ==
Die Zielsetzung des Arbeitspakets "''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''" ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein.

Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden.

Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.

== Besprechungsprotokolle ==
[[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]] 
[[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]

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

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

{| class="wikitable sortable"
|+
|-
! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV
|-
| 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||
|-
| 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||
|-
| 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||
|-
| 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025
|-
| 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025
|-
| 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025
|-
| 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025
|-
| 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||
|-
| 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025
|-
| 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte ("Prägedruck") (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025
|}

Drucker

2025-06-25T17:11:57Z

Simon Besl: /* Eigene Einschätzung */

= Vergleich unterschiedlicher FDM-Drucker hinsichtlich der Druckqualität, Simon Besl, 2025 =

Ein weiterer wesentlicher Einflussfaktor auf die Druckqualität liegt im eingesetzten 3D-Drucker selbst. In diesem Abschnitt wird untersucht, inwieweit sich das Druckergebnis bei identischen Druckparametern durch die verwendete Hardware unterscheidet. Um verlässliche und praxisnahe Aussagen treffen zu können, wurde darauf geachtet, dass alle Drucke mit optimierten, realitätsnahen Einstellungen vorbereitet und mit dem jeweils empfohlenen Slicer des Herstellers erzeugt wurden.

Die Verwendung der herstellereigenen oder empfohlenen Software ist dabei bewusst gewählt: Einerseits garantiert sie eine vollständige Kompatibilität mit dem jeweiligen Gerät, andererseits entspricht sie der Vorgehensweise, die auch ein typischer Nutzer in der Praxis anwenden würde.

Als Referenzgerät diente erneut der Anycubic i3 Mega S, dessen Vergleichsdruck mit identischen Parametern auch auf zwei weiteren Geräten realisiert wurde. Die Ergebnisse, Unterschiede und Bewertungen dieses Vergleichs werden im Folgenden dokumentiert und sollen künftigen Anwendern eine Orientierung bei der Auswahl passender Geräte bieten.

__TOC__

== Verwendete Drucker ==

Für den Vergleich wurden drei unterschiedliche FDM-Drucker herangezogen, die sich hinsichtlich Mechanik, Elektronik und Preisklasse deutlich unterscheiden. Ziel war es, nicht nur die reinen Druckergebnisse zu vergleichen, sondern auch die Ausstattung und typische Eigenheiten der jeweiligen Geräte zu berücksichtigen. Die Auswahl deckt ein breites Spektrum vom Einsteigergerät bis zum leistungsstarken Selbstbau-System ab.

=== Anycubic i3 Mega S ===
Der i3 Mega S wurde als Vergleichsbasis gewählt, da er im vorherigen Arbeitspaket bereits als Referenzgerät diente. Er gehört zur Kategorie der günstigen Consumer-Drucker mit klassischem Bowden-Extruder, beheiztem Druckbett und einfacher Touchscreen-Steuerung. Die offene Bauweise und die solide, aber einfache Mechanik machen ihn zu einem typischen Vertreter seines Preissegments.
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|200px|mini|rechts|Anycubic i3 Mega S]]
=== Prusa MK4S ===

Der Prusa MK4S ist ein leistungsfähiger FDM-Drucker und gilt als bewährter Standard in professionellen Umgebungen. Er ist mit einem Direct-Drive-Extruder, automatischer Kalibrierung, einer segmentierten Heizbettregelung und hochwertigen Steppern ausgestattet. Besonders hervorzuheben ist seine hohe Druckgeschwindigkeit bei gleichzeitig präziser und reproduzierbarer Druckqualität. Dadurch ist er im industriellen Prototypenbau und der FDM-Fertigung verbreitet.

=== Copymaster3D Voron Trident ===
Der Voron Trident ist ein im Selbstbau realisierter Drucker, der in dieser Untersuchung in einer Variante von Copymaster3D zum Einsatz kam. Er bietet eine besonders hohe Druckgeschwindigkeit, ein vollständig geschlossenes Gehäuse und eine stabile Linearführung. Ausgestattet mit einem Direct-Drive-System, Klipper-Firmware und präzisen Steppern eignet sich der Drucker vor allem für anspruchsvolle und erfahrene Anwender
[[Datei:Voron Trident.jpg|200px|mini|rechts|Copymasters3D Voron Trident]]

== Testaufbau ==

=== Testmodell ===
Das für den Vergleich verwendete Testobjekt ist identisch mit dem Modell aus dem Kapitel '''[[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Das Modell kombiniert Überhänge, feine Details, Brücken, Zylinderelemente und Wandstrukturen in verschiedenen Dimensionen. Dadurch lassen sich sowohl geometrische Genauigkeit als auch qualitative Druckeigenschaften systematisch bewerten.

=== Druckmaterial ===
Für alle Drucke kam dasselbe Material zum Einsatz: '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Es handelt sich dabei um ein biobasiertes Hochleistungsfilament mit guten Fließeigenschaften und hoher Formstabilität. Die Materialwahl erfolgte bewusst, da dieses Filament bereits für zahlreiche Versuche genutzt wurde.

=== Slicer-Software ===
Jeder Drucker wurde mit der vom Hersteller empfohlenen Slicer-Software betrieben:

Für den Anycubic i3 Mega S kam '''Cura''' zum Einsatz. Die Konfiguration erfolgte über ein bereits bewährtes, angepasstes Profil mit optimierten Druckparametern für diesen Gerätetyp.

Der Prusa MK4S wurde mit dem zugehörigen und Firmeneigenen'''PrusaSlicer''' betrieben.

Für den Copymaster3D Voron Trident wurde '''OrcaSlicer''' verwendet. Dieser Slicer unterstützt die Klipper-Firmware des Voron besonders gut und erlaubt eine sehr feine Anpassung an die individuellen Komponenten.

Die Slicereinstellungen wurden für jeden Drucker so angepasst, dass sie möglichst vergleichbare Druckbedingungen erzeugen. Dazu gehörten identische Layerhöhen, vergleichbare Geschwindigkeitswerte, gleiche Infill-Einstellungen sowie standardisierte Temperaturen für Extruder und Druckbett. Wo nötig, wurden gerätespezifische Funktionen wie automatische Kalibrierung berücksichtigt, ohne dadurch das Gesamtverhalten signifikant zu beeinflussen.

=== Vorgehen ===
Alle Drucke wurden auf einem sauberen Druckbett und unter identischen Umgebungsbedingungen durchgeführt. Nach dem Druck erfolgte eine dokumentierte Auswertung in mehreren Schritten: Zunächst wurde das visuelle Erscheinungsbild bewertet, anschließend die Maßhaltigkeit an definierten Stellen überprüft. Ergänzt wurde die Auswertung durch eine subjektive Einschätzung und, sofern sinnvoll, einen akustischen Eindruck während des Druckvorgangs.

= Bewertung der Druckqualität =

Ein zentrales Ziel dieses Vergleichs ist es, die Druckqualität der getesteten Geräte systematisch zu bewerten. Dabei wurde auf eine möglichst umfassende Betrachtung geachtet, die sowohl technische Merkmale als auch den subjektiven Gesamteindruck einschließt. So lässt sich beurteilen, inwiefern sich Unterschiede in der Bauweise, Firmware und Druckmechanik auf das tatsächliche Druckergebnis auswirken. Die Bewertung erfolgt in zwei Teilen: einer subjektiven Einschätzung und einer objektiven Vermessung der erzeugten Bauteile.

== Subjektive Bewertung ==

Um die Druckqualität auch aus Anwendersicht nachvollziehbar zu bewerten, wurden die Testergebnisse zum einen durch eine unabhängige Laienumfrage ergänzt, zum anderen durch eine eigene technische Einschätzung auf Basis funktionaler und visueller Merkmale beurteilt.

=== Laienumfrage ===

Um die Wirkung der Druckqualität auf ungeschulte Beobachter zu erfassen, wurde eine Online-Umfrage mit mehreren Teilnehmern durchgeführt. Die Probanden erhielten die Ausdrucke anonym und ohne Hintergrundinformationen, um eine neutrale Bewertung zu ermöglichen. Bewertet wurde der optische Gesamteindruck anhand einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Druckervergleich Umfrageergebnis.png|mini|Subjektive Bewertung durch Laien]]

Die Auswertung zeigt: Der '''Prusa MK4S''' wurde mit '''6,25 Punkten''' am höchsten bewertet, dicht gefolgt vom '''Copymaster3D Voron Trident''' mit '''5,88 Punkten'''. Am schlechtesten schnitt der '''Anycubic i3 Mega S''' ab, der mit durchschnittlich '''5,12 Punkten''' bewertet wurde.

Auffällig war, dass die Unterschiede im Druckbild – etwa in der Oberflächenglätte oder Kantenschärfe – auch ohne technisches Vorwissen erkannt und in die Bewertung einbezogen wurden. Dies unterstreicht die Relevanz einer sauberen optischen Qualität, besonders für den Ersteindruck.

=== Eigene Einschätzung ===

In der technischen Eigenbewertung wurden sieben Kriterien herangezogen: Stringing, Materialanhäufungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' erreichte durchweg solide Werte. Besonders positiv fiel die geringe Ausprägung von Stringing (9) und die glatte Oberfläche (9,5) auf. Auch bei der Schrift (7) und Layerstabilität (9) schnitt er gut ab. Schwächen zeigten sich lediglich bei der Materialansammlung (7) und der Überhangunterseite (8), was auf die begrenzte mechanische Feinauflösung zurückzuführen ist.

Der '''Prusa MK4S''' zeigte durchgängig sehr hohe Werte und ein ausgewogenes Druckverhalten. In fast allen Kategorien wurde die Höchstnote (10) vergeben. Besonders hervorzuheben sind die perfekten Ergebnisse bei Brücken, Überhängen und Layerausrichtung. Auch Materialansammlungen traten praktisch nicht auf (9,5). Die etwas geringere Punktzahl bei der Schrift (6) ist auf den PrusaSlicer zurückzuführen, welcher erst gar nicht versucht die feine Schrift darzustellen, sondern nur symbolisch ein paar Linien zieht.

Der '''Copymaster3D Voron Trident''' zeigte ebenfalls ein sehr gutes Druckbild. Stringing (8), Brückenverhalten (9,5) und Layerpräzision (10) waren auf hohem Niveau. Kleinere Abzüge gab es bei der Oberflächenqualität (8) und der Schrift (5), wobei letztere ebenfalls durch den OrcaSlicer geschuldet ist, welcher die gleiche Slicer-Engine wie der PrusaSlicer nutzt. Dennoch überzeugte das Druckbild insgesamt durch klare Kanten und zuverlässige Geometrie.

Die Ergebnisse bestätigen den Eindruck aus der Laienumfrage: Der Prusa MK4S bietet die insgesamt ausgewogenste Druckqualität, dicht gefolgt vom Voron Trident. Der Anycubic i3 Mega S bleibt funktional, zeigt aber kleine Schwächen in Details.

{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Testmodell C.jpg|300px]] || [[Datei:Testmodell B.jpg|300px]] || [[Datei:Testmodell A.jpg|300px]]
|-
| '''Anycubic i3 Mega S''' || '''Prusa MK4S''' || '''Copymaster3D Voron Trident'''
|}

== Objektive Bewertung ==

Für die objektive Bewertung wurden ausgewählte Maße des Testmodells mit den entsprechenden CAD-Sollwerten verglichen. Bewertet wurden verschiedene Zylinderdurchmesser und -höhen, Brückenlängen, dünne Wandstärken sowie die Frontwanddicke. Ziel war es, die Maßhaltigkeit der Drucke zu überprüfen und Abweichungen den jeweiligen Geräten zuzuordnen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' zeigte eine insgesamt gute Maßhaltigkeit. Besonders im Bereich der Zylinderdurchmesser und -höhen lagen die Werte sehr nah an den Sollmaßen, etwa bei 2 mm (2,00 mm), 3 mm (2,95 mm) und 5 mm (4,95 mm). Auch die Brückenlängen (5,05 mm / 9,85 mm / 14,80 mm) und Wandstärken (1,00 mm / 1,60 mm) stimmten gut mit den Vorgaben überein.

Der '''Prusa MK4S''' lieferte vergleichbar gute Ergebnisse, insbesondere bei den vertikalen Maßen. Die Durchmesser der Zylinder wichen leicht nach unten ab (z. B. 1,85 mm bei 2 mm-Sollmaß), was auf eine leichte Unterextrusion oder Kalibrierungseinstellung zurückzuführen sein könnte. Die Brückenlängen lagen bei 4,95 mm, 9,90 mm und 14,90 mm – allesamt nahe am Sollwert. Die Wandstärken wurden präzise erreicht (1,00 mm / 1,50 mm).

Der '''Voron Trident''' zeigte ein ähnliches Bild wie der Prusa, mit leicht geringeren Zylinderdurchmessern (z. B. 1,90 mm bei 2 mm) und etwas kürzeren Brücken (4,45 mm bei 5 mm). Die vertikalen Maße und Wandstärken lagen hingegen im Toleranzbereich. Auffällig war eine leicht geringere Genauigkeit bei komplexeren horizontalen Strukturen.

Insgesamt lagen die Abweichungen bei allen drei Druckern in einem praxisnahen Rahmen. Es zeigten sich nur geringe Unterschiede, wobei der '''Anycubic i3 Mega S''' leicht bessere Ergebnisse bei den Zylinderdurchmessern erzielte. Der '''Prusa MK4S''' und der '''Voron Trident''' lieferten dafür besonders konsistente Brückenlängen. Die Maßhaltigkeit ist damit bei allen Geräten als gut zu bewerten, mit minimalen Abweichungen, die im Alltag selten kritisch sind.

== Beobachtungen im Druckprozess ==
Während der Druckvorgänge konnten zwischen den drei Geräten verschiedene Verhaltensmuster festgestellt werden, die Rückschlüsse auf Mechanik, Steuerung und Firmwarelogik zulassen.

Der '''Prusa MK4S''' arbeitete mit insgesamt schnellen, aber flüssigen Bewegungsabläufen, er zeigte bei der Bewegung der Achsen ein gleichmäßiges und kontrolliertes Fahrverhalten. Richtungswechsel erfolgten ohne auffällige Verzögerungen oder Ruckler. Auch bei höheren Druckgeschwindigkeiten blieben die Bewegungen weitgehend ruhig. Die Geräuschentwicklung blieb konstant im leiseren Bereich. Die Filamentförderung verlief gleichmäßig, es waren keine sichtbaren Unterbrechungen oder Rückstaus im Materialfluss erkennbar.

Der CoreXY-Antrieb des '''Voron Trident''' sorgte für eine gute Umsetzung der Bewegungsvorgaben. Die Retraction erfolgte unmittelbar, und auch bei feinen Druckdetails war kein auffälliges Nachlaufen oder Tropfen des Filaments zu beobachten. Die Geräuschkulisse war abhängig von Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung leicht schwankend, aber unauffällig.

Beim '''Anycubic i3 Mega S''' waren besonders bei schnellen Richtungswechseln leichte Vibrationen bemerkbar, vor allem bei Bewegungen entlang der Hochachse. Die Geräuschentwicklung war insgesamt merklich höher als bei den beiden anderen Geräten. Retractions dauerten aufgrund der Bowden-Extruder-Bauart sichtlich länger, wodurch vereinzelt dünne Fäden zwischen benachbarten Geometrien entstanden.

In Bezug auf die Start- und Kalibrierprozesse zeigen sich ebenfalls Unterschiede: Während der Prusa MK4S und der Voron Trident jeweils eine automatische Nivellierung des Druckbetts durchführten, erforderte der Anycubic eine manuelle Justierung. Diese manuelle Kalibrierung kann abhängig vom Nutzer zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.

= Fazit =

Der Vergleich zeigt, dass sich die Druckqualität trotz identischer Parameter je nach eingesetztem Gerät in mehreren Aspekten unterscheidet. Unterschiede ergeben sich unter anderem durch mechanische Eigenschaften, Antriebskonzepte, Kalibrierverfahren und das Zusammenspiel mit der eingesetzten Firmware.

Der Anycubic i3 Mega S erreicht insgesamt brauchbare Ergebnisse, weist jedoch bei Bewegungsführung und Materialrückzug Einschränkungen auf. Die daraus resultierenden Abweichungen zeigen sich vor allem in der Oberflächenausprägung und beim Stringing. Die Maßhaltigkeit bleibt im Rahmen der Erwartungen, kleinere Toleranzabweichungen sind jedoch sichtbar.

Der Prusa MK4S erreicht in mehreren Kategorien konstant gute bis sehr gute Resultate. Der Druckverlauf ist stabil, die Bewegungssteuerung erfolgt kontrolliert. Besonders die automatische Kalibrierung trägt zu reproduzierbaren Ergebnissen bei. Einzelne Details, wie die Schriftabbildung, werden softwareseitig anders umgesetzt.

Der Voron Trident zeigt ein vergleichbares Niveau wie der Prusa. Die Druckabläufe verlaufen kontrolliert, die Maßhaltigkeit bleibt in einem praxisgerechten Bereich. Bei bestimmten horizontalen Strukturen sind geringfügige Abweichungen messbar.

Insgesamt lässt sich feststellen, dass sich die Wahl des Druckers, trotz gleicher Druckparameter, auf das Ergebnis auswirkt. Die beobachteten Unterschiede liegen dabei überwiegend im Detail und betreffen sowohl visuelle als auch geometrische Merkmale.

Drucker

2025-06-25T16:57:09Z

Simon Besl:

= Vergleich unterschiedlicher FDM-Drucker hinsichtlich der Druckqualität, Simon Besl, 2025 =

Ein weiterer wesentlicher Einflussfaktor auf die Druckqualität liegt im eingesetzten 3D-Drucker selbst. In diesem Abschnitt wird untersucht, inwieweit sich das Druckergebnis bei identischen Druckparametern durch die verwendete Hardware unterscheidet. Um verlässliche und praxisnahe Aussagen treffen zu können, wurde darauf geachtet, dass alle Drucke mit optimierten, realitätsnahen Einstellungen vorbereitet und mit dem jeweils empfohlenen Slicer des Herstellers erzeugt wurden.

Die Verwendung der herstellereigenen oder empfohlenen Software ist dabei bewusst gewählt: Einerseits garantiert sie eine vollständige Kompatibilität mit dem jeweiligen Gerät, andererseits entspricht sie der Vorgehensweise, die auch ein typischer Nutzer in der Praxis anwenden würde.

Als Referenzgerät diente erneut der Anycubic i3 Mega S, dessen Vergleichsdruck mit identischen Parametern auch auf zwei weiteren Geräten realisiert wurde. Die Ergebnisse, Unterschiede und Bewertungen dieses Vergleichs werden im Folgenden dokumentiert und sollen künftigen Anwendern eine Orientierung bei der Auswahl passender Geräte bieten.

__TOC__

== Verwendete Drucker ==

Für den Vergleich wurden drei unterschiedliche FDM-Drucker herangezogen, die sich hinsichtlich Mechanik, Elektronik und Preisklasse deutlich unterscheiden. Ziel war es, nicht nur die reinen Druckergebnisse zu vergleichen, sondern auch die Ausstattung und typische Eigenheiten der jeweiligen Geräte zu berücksichtigen. Die Auswahl deckt ein breites Spektrum vom Einsteigergerät bis zum leistungsstarken Selbstbau-System ab.

=== Anycubic i3 Mega S ===
Der i3 Mega S wurde als Vergleichsbasis gewählt, da er im vorherigen Arbeitspaket bereits als Referenzgerät diente. Er gehört zur Kategorie der günstigen Consumer-Drucker mit klassischem Bowden-Extruder, beheiztem Druckbett und einfacher Touchscreen-Steuerung. Die offene Bauweise und die solide, aber einfache Mechanik machen ihn zu einem typischen Vertreter seines Preissegments.
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|200px|mini|rechts|Anycubic i3 Mega S]]
=== Prusa MK4S ===

Der Prusa MK4S ist ein leistungsfähiger FDM-Drucker und gilt als bewährter Standard in professionellen Umgebungen. Er ist mit einem Direct-Drive-Extruder, automatischer Kalibrierung, einer segmentierten Heizbettregelung und hochwertigen Steppern ausgestattet. Besonders hervorzuheben ist seine hohe Druckgeschwindigkeit bei gleichzeitig präziser und reproduzierbarer Druckqualität. Dadurch ist er im industriellen Prototypenbau und der FDM-Fertigung verbreitet.

=== Copymaster3D Voron Trident ===
Der Voron Trident ist ein im Selbstbau realisierter Drucker, der in dieser Untersuchung in einer Variante von Copymaster3D zum Einsatz kam. Er bietet eine besonders hohe Druckgeschwindigkeit, ein vollständig geschlossenes Gehäuse und eine stabile Linearführung. Ausgestattet mit einem Direct-Drive-System, Klipper-Firmware und präzisen Steppern eignet sich der Drucker vor allem für anspruchsvolle und erfahrene Anwender
[[Datei:Voron Trident.jpg|200px|mini|rechts|Copymasters3D Voron Trident]]

== Testaufbau ==

=== Testmodell ===
Das für den Vergleich verwendete Testobjekt ist identisch mit dem Modell aus dem Kapitel '''[[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Das Modell kombiniert Überhänge, feine Details, Brücken, Zylinderelemente und Wandstrukturen in verschiedenen Dimensionen. Dadurch lassen sich sowohl geometrische Genauigkeit als auch qualitative Druckeigenschaften systematisch bewerten.

=== Druckmaterial ===
Für alle Drucke kam dasselbe Material zum Einsatz: '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Es handelt sich dabei um ein biobasiertes Hochleistungsfilament mit guten Fließeigenschaften und hoher Formstabilität. Die Materialwahl erfolgte bewusst, da dieses Filament bereits für zahlreiche Versuche genutzt wurde.

=== Slicer-Software ===
Jeder Drucker wurde mit der vom Hersteller empfohlenen Slicer-Software betrieben:

Für den Anycubic i3 Mega S kam '''Cura''' zum Einsatz. Die Konfiguration erfolgte über ein bereits bewährtes, angepasstes Profil mit optimierten Druckparametern für diesen Gerätetyp.

Der Prusa MK4S wurde mit dem zugehörigen und Firmeneigenen'''PrusaSlicer''' betrieben.

Für den Copymaster3D Voron Trident wurde '''OrcaSlicer''' verwendet. Dieser Slicer unterstützt die Klipper-Firmware des Voron besonders gut und erlaubt eine sehr feine Anpassung an die individuellen Komponenten.

Die Slicereinstellungen wurden für jeden Drucker so angepasst, dass sie möglichst vergleichbare Druckbedingungen erzeugen. Dazu gehörten identische Layerhöhen, vergleichbare Geschwindigkeitswerte, gleiche Infill-Einstellungen sowie standardisierte Temperaturen für Extruder und Druckbett. Wo nötig, wurden gerätespezifische Funktionen wie automatische Kalibrierung berücksichtigt, ohne dadurch das Gesamtverhalten signifikant zu beeinflussen.

=== Vorgehen ===
Alle Drucke wurden auf einem sauberen Druckbett und unter identischen Umgebungsbedingungen durchgeführt. Nach dem Druck erfolgte eine dokumentierte Auswertung in mehreren Schritten: Zunächst wurde das visuelle Erscheinungsbild bewertet, anschließend die Maßhaltigkeit an definierten Stellen überprüft. Ergänzt wurde die Auswertung durch eine subjektive Einschätzung und, sofern sinnvoll, einen akustischen Eindruck während des Druckvorgangs.

= Bewertung der Druckqualität =

Ein zentrales Ziel dieses Vergleichs ist es, die Druckqualität der getesteten Geräte systematisch zu bewerten. Dabei wurde auf eine möglichst umfassende Betrachtung geachtet, die sowohl technische Merkmale als auch den subjektiven Gesamteindruck einschließt. So lässt sich beurteilen, inwiefern sich Unterschiede in der Bauweise, Firmware und Druckmechanik auf das tatsächliche Druckergebnis auswirken. Die Bewertung erfolgt in zwei Teilen: einer subjektiven Einschätzung und einer objektiven Vermessung der erzeugten Bauteile.

== Subjektive Bewertung ==

Um die Druckqualität auch aus Anwendersicht nachvollziehbar zu bewerten, wurden die Testergebnisse zum einen durch eine unabhängige Laienumfrage ergänzt, zum anderen durch eine eigene technische Einschätzung auf Basis funktionaler und visueller Merkmale beurteilt.

=== Laienumfrage ===

Um die Wirkung der Druckqualität auf ungeschulte Beobachter zu erfassen, wurde eine Online-Umfrage mit mehreren Teilnehmern durchgeführt. Die Probanden erhielten die Ausdrucke anonym und ohne Hintergrundinformationen, um eine neutrale Bewertung zu ermöglichen. Bewertet wurde der optische Gesamteindruck anhand einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Druckervergleich Umfrageergebnis.png|mini|Subjektive Bewertung durch Laien]]

Die Auswertung zeigt: Der '''Prusa MK4S''' wurde mit '''6,25 Punkten''' am höchsten bewertet, dicht gefolgt vom '''Copymaster3D Voron Trident''' mit '''5,88 Punkten'''. Am schlechtesten schnitt der '''Anycubic i3 Mega S''' ab, der mit durchschnittlich '''5,12 Punkten''' bewertet wurde.

Auffällig war, dass die Unterschiede im Druckbild – etwa in der Oberflächenglätte oder Kantenschärfe – auch ohne technisches Vorwissen erkannt und in die Bewertung einbezogen wurden. Dies unterstreicht die Relevanz einer sauberen optischen Qualität, besonders für den Ersteindruck.

=== Eigene Einschätzung ===

In der technischen Eigenbewertung wurden sieben Kriterien herangezogen: Stringing, Materialanhäufungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' erreichte durchweg solide Werte. Besonders positiv fiel die geringe Ausprägung von Stringing (9) und die glatte Oberfläche (9,5) auf. Auch bei der Schrift (7) und Layerstabilität (9) schnitt er gut ab. Schwächen zeigten sich lediglich bei der Materialansammlung (7) und der Überhangunterseite (8), was auf die begrenzte mechanische Feinauflösung zurückzuführen ist.

Der '''Prusa MK4S''' zeigte durchgängig sehr hohe Werte und ein ausgewogenes Druckverhalten. In fast allen Kategorien wurde die Höchstnote (10) vergeben. Besonders hervorzuheben sind die perfekten Ergebnisse bei Brücken, Überhängen und Layerausrichtung. Auch Materialansammlungen traten praktisch nicht auf (9,5). Die etwas geringere Punktzahl bei der Schrift (6) ist auf den PrusaSlicer zurückzuführen, welcher erst gar nicht versucht die feine Schrift darzustellen, sondern nur symbolisch ein paar Linien zieht.

Der '''Copymaster3D Voron Trident''' zeigte ebenfalls ein sehr gutes Druckbild. Stringing (8), Brückenverhalten (9,5) und Layerpräzision (10) waren auf hohem Niveau. Kleinere Abzüge gab es bei der Oberflächenqualität (8) und der Schrift (5), wobei letztere ebenfalls durch den OrcaSlicer geschuldet ist, welcher die gleiche Slicer-Engine wie der PrusaSlicer nutzt. Dennoch überzeugte das Druckbild insgesamt durch klare Kanten und zuverlässige Geometrie.

Die Ergebnisse bestätigen den Eindruck aus der Laienumfrage: Der Prusa MK4S bietet die insgesamt ausgewogenste Druckqualität, dicht gefolgt vom Voron Trident. Der Anycubic i3 Mega S bleibt funktional, zeigt aber kleine Schwächen in Details.

== Objektive Bewertung ==

Für die objektive Bewertung wurden ausgewählte Maße des Testmodells mit den entsprechenden CAD-Sollwerten verglichen. Bewertet wurden verschiedene Zylinderdurchmesser und -höhen, Brückenlängen, dünne Wandstärken sowie die Frontwanddicke. Ziel war es, die Maßhaltigkeit der Drucke zu überprüfen und Abweichungen den jeweiligen Geräten zuzuordnen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' zeigte eine insgesamt gute Maßhaltigkeit. Besonders im Bereich der Zylinderdurchmesser und -höhen lagen die Werte sehr nah an den Sollmaßen, etwa bei 2 mm (2,00 mm), 3 mm (2,95 mm) und 5 mm (4,95 mm). Auch die Brückenlängen (5,05 mm / 9,85 mm / 14,80 mm) und Wandstärken (1,00 mm / 1,60 mm) stimmten gut mit den Vorgaben überein.

Der '''Prusa MK4S''' lieferte vergleichbar gute Ergebnisse, insbesondere bei den vertikalen Maßen. Die Durchmesser der Zylinder wichen leicht nach unten ab (z. B. 1,85 mm bei 2 mm-Sollmaß), was auf eine leichte Unterextrusion oder Kalibrierungseinstellung zurückzuführen sein könnte. Die Brückenlängen lagen bei 4,95 mm, 9,90 mm und 14,90 mm – allesamt nahe am Sollwert. Die Wandstärken wurden präzise erreicht (1,00 mm / 1,50 mm).

Der '''Voron Trident''' zeigte ein ähnliches Bild wie der Prusa, mit leicht geringeren Zylinderdurchmessern (z. B. 1,90 mm bei 2 mm) und etwas kürzeren Brücken (4,45 mm bei 5 mm). Die vertikalen Maße und Wandstärken lagen hingegen im Toleranzbereich. Auffällig war eine leicht geringere Genauigkeit bei komplexeren horizontalen Strukturen.

Insgesamt lagen die Abweichungen bei allen drei Druckern in einem praxisnahen Rahmen. Es zeigten sich nur geringe Unterschiede, wobei der '''Anycubic i3 Mega S''' leicht bessere Ergebnisse bei den Zylinderdurchmessern erzielte. Der '''Prusa MK4S''' und der '''Voron Trident''' lieferten dafür besonders konsistente Brückenlängen. Die Maßhaltigkeit ist damit bei allen Geräten als gut zu bewerten, mit minimalen Abweichungen, die im Alltag selten kritisch sind.

== Beobachtungen im Druckprozess ==
Während der Druckvorgänge konnten zwischen den drei Geräten verschiedene Verhaltensmuster festgestellt werden, die Rückschlüsse auf Mechanik, Steuerung und Firmwarelogik zulassen.

Der '''Prusa MK4S''' arbeitete mit insgesamt schnellen, aber flüssigen Bewegungsabläufen, er zeigte bei der Bewegung der Achsen ein gleichmäßiges und kontrolliertes Fahrverhalten. Richtungswechsel erfolgten ohne auffällige Verzögerungen oder Ruckler. Auch bei höheren Druckgeschwindigkeiten blieben die Bewegungen weitgehend ruhig. Die Geräuschentwicklung blieb konstant im leiseren Bereich. Die Filamentförderung verlief gleichmäßig, es waren keine sichtbaren Unterbrechungen oder Rückstaus im Materialfluss erkennbar.

Der CoreXY-Antrieb des '''Voron Trident''' sorgte für eine gute Umsetzung der Bewegungsvorgaben. Die Retraction erfolgte unmittelbar, und auch bei feinen Druckdetails war kein auffälliges Nachlaufen oder Tropfen des Filaments zu beobachten. Die Geräuschkulisse war abhängig von Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung leicht schwankend, aber unauffällig.

Beim '''Anycubic i3 Mega S''' waren besonders bei schnellen Richtungswechseln leichte Vibrationen bemerkbar, vor allem bei Bewegungen entlang der Hochachse. Die Geräuschentwicklung war insgesamt merklich höher als bei den beiden anderen Geräten. Retractions dauerten aufgrund der Bowden-Extruder-Bauart sichtlich länger, wodurch vereinzelt dünne Fäden zwischen benachbarten Geometrien entstanden.

In Bezug auf die Start- und Kalibrierprozesse zeigen sich ebenfalls Unterschiede: Während der Prusa MK4S und der Voron Trident jeweils eine automatische Nivellierung des Druckbetts durchführten, erforderte der Anycubic eine manuelle Justierung. Diese manuelle Kalibrierung kann abhängig vom Nutzer zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.

= Fazit =

Der Vergleich zeigt, dass sich die Druckqualität trotz identischer Parameter je nach eingesetztem Gerät in mehreren Aspekten unterscheidet. Unterschiede ergeben sich unter anderem durch mechanische Eigenschaften, Antriebskonzepte, Kalibrierverfahren und das Zusammenspiel mit der eingesetzten Firmware.

Der Anycubic i3 Mega S erreicht insgesamt brauchbare Ergebnisse, weist jedoch bei Bewegungsführung und Materialrückzug Einschränkungen auf. Die daraus resultierenden Abweichungen zeigen sich vor allem in der Oberflächenausprägung und beim Stringing. Die Maßhaltigkeit bleibt im Rahmen der Erwartungen, kleinere Toleranzabweichungen sind jedoch sichtbar.

Der Prusa MK4S erreicht in mehreren Kategorien konstant gute bis sehr gute Resultate. Der Druckverlauf ist stabil, die Bewegungssteuerung erfolgt kontrolliert. Besonders die automatische Kalibrierung trägt zu reproduzierbaren Ergebnissen bei. Einzelne Details, wie die Schriftabbildung, werden softwareseitig anders umgesetzt.

Der Voron Trident zeigt ein vergleichbares Niveau wie der Prusa. Die Druckabläufe verlaufen kontrolliert, die Maßhaltigkeit bleibt in einem praxisgerechten Bereich. Bei bestimmten horizontalen Strukturen sind geringfügige Abweichungen messbar.

Insgesamt lässt sich feststellen, dass sich die Wahl des Druckers, trotz gleicher Druckparameter, auf das Ergebnis auswirkt. Die beobachteten Unterschiede liegen dabei überwiegend im Detail und betreffen sowohl visuelle als auch geometrische Merkmale.

Drucker

2025-06-25T16:56:23Z

Simon Besl:

= Vergleich unterschiedlicher FDM-Drucker hinsichtlich der Druckqualität, Simon Besl, 2025 =

Ein weiterer wesentlicher Einflussfaktor auf die Druckqualität liegt im eingesetzten 3D-Drucker selbst. In diesem Abschnitt wird untersucht, inwieweit sich das Druckergebnis bei identischen Druckparametern durch die verwendete Hardware unterscheidet. Um verlässliche und praxisnahe Aussagen treffen zu können, wurde darauf geachtet, dass alle Drucke mit optimierten, realitätsnahen Einstellungen vorbereitet und mit dem jeweils empfohlenen Slicer des Herstellers erzeugt wurden.

Die Verwendung der herstellereigenen oder empfohlenen Software ist dabei bewusst gewählt: Einerseits garantiert sie eine vollständige Kompatibilität mit dem jeweiligen Gerät, andererseits entspricht sie der Vorgehensweise, die auch ein typischer Nutzer in der Praxis anwenden würde.

Als Referenzgerät diente erneut der Anycubic i3 Mega S, dessen Vergleichsdruck mit identischen Parametern auch auf zwei weiteren Geräten realisiert wurde. Die Ergebnisse, Unterschiede und Bewertungen dieses Vergleichs werden im Folgenden dokumentiert und sollen künftigen Anwendern eine Orientierung bei der Auswahl passender Geräte bieten.

__TOC__

== Verwendete Drucker ==

Für den Vergleich wurden drei unterschiedliche FDM-Drucker herangezogen, die sich hinsichtlich Mechanik, Elektronik und Preisklasse deutlich unterscheiden. Ziel war es, nicht nur die reinen Druckergebnisse zu vergleichen, sondern auch die Ausstattung und typische Eigenheiten der jeweiligen Geräte zu berücksichtigen. Die Auswahl deckt ein breites Spektrum vom Einsteigergerät bis zum leistungsstarken Selbstbau-System ab.

=== Anycubic i3 Mega S ===
Der i3 Mega S wurde als Vergleichsbasis gewählt, da er im vorherigen Arbeitspaket bereits als Referenzgerät diente. Er gehört zur Kategorie der günstigen Consumer-Drucker mit klassischem Bowden-Extruder, beheiztem Druckbett und einfacher Touchscreen-Steuerung. Die offene Bauweise und die solide, aber einfache Mechanik machen ihn zu einem typischen Vertreter seines Preissegments.
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|200px|mini|rechts|Anycubic i3 Mega S]]
=== Prusa MK4S ===

Der Prusa MK4S ist ein leistungsfähiger FDM-Drucker und gilt als bewährter Standard in professionellen Umgebungen. Er ist mit einem Direct-Drive-Extruder, automatischer Kalibrierung, einer segmentierten Heizbettregelung und hochwertigen Steppern ausgestattet. Besonders hervorzuheben ist seine hohe Druckgeschwindigkeit bei gleichzeitig präziser und reproduzierbarer Druckqualität. Dadurch ist er im industriellen Prototypenbau und der FDM-Fertigung verbreitet.

=== Copymaster3D Voron Trident ===
Der Voron Trident ist ein im Selbstbau realisierter Drucker, der in dieser Untersuchung in einer Variante von Copymaster3D zum Einsatz kam. Er bietet eine besonders hohe Druckgeschwindigkeit, ein vollständig geschlossenes Gehäuse und eine stabile Linearführung. Ausgestattet mit einem Direct-Drive-System, Klipper-Firmware und präzisen Steppern eignet sich der Drucker vor allem für anspruchsvolle und erfahrene Anwender
[[Datei:Voron Trident.jpg|200px|mini|rechts|Copymasters3D Voron Trident]]

== Testaufbau ==

=== Testmodell ===
Das für den Vergleich verwendete Testobjekt ist identisch mit dem Modell aus dem Kapitel '''[[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Das Modell kombiniert Überhänge, feine Details, Brücken, Zylinderelemente und Wandstrukturen in verschiedenen Dimensionen. Dadurch lassen sich sowohl geometrische Genauigkeit als auch qualitative Druckeigenschaften systematisch bewerten.

=== Druckmaterial ===
Für alle Drucke kam dasselbe Material zum Einsatz: '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Es handelt sich dabei um ein biobasiertes Hochleistungsfilament mit guten Fließeigenschaften und hoher Formstabilität. Die Materialwahl erfolgte bewusst, da dieses Filament bereits für zahlreiche Versuche genutzt wurde.

=== Slicer-Software ===
Jeder Drucker wurde mit der vom Hersteller empfohlenen Slicer-Software betrieben:

Für den Anycubic i3 Mega S kam '''Cura''' zum Einsatz. Die Konfiguration erfolgte über ein bereits bewährtes, angepasstes Profil mit optimierten Druckparametern für diesen Gerätetyp.

Der Prusa MK4S wurde mit dem zugehörigen und Firmeneigenen'''PrusaSlicer''' betrieben.

Für den Copymaster3D Voron Trident wurde '''OrcaSlicer''' verwendet. Dieser Slicer unterstützt die Klipper-Firmware des Voron besonders gut und erlaubt eine sehr feine Anpassung an die individuellen Komponenten.

Die Slicereinstellungen wurden für jeden Drucker so angepasst, dass sie möglichst vergleichbare Druckbedingungen erzeugen. Dazu gehörten identische Layerhöhen, vergleichbare Geschwindigkeitswerte, gleiche Infill-Einstellungen sowie standardisierte Temperaturen für Extruder und Druckbett. Wo nötig, wurden gerätespezifische Funktionen wie automatische Kalibrierung berücksichtigt, ohne dadurch das Gesamtverhalten signifikant zu beeinflussen.

=== Vorgehen ===
Alle Drucke wurden auf einem sauberen Druckbett und unter identischen Umgebungsbedingungen durchgeführt. Nach dem Druck erfolgte eine dokumentierte Auswertung in mehreren Schritten: Zunächst wurde das visuelle Erscheinungsbild bewertet, anschließend die Maßhaltigkeit an definierten Stellen überprüft. Ergänzt wurde die Auswertung durch eine subjektive Einschätzung und, sofern sinnvoll, einen akustischen Eindruck während des Druckvorgangs.

= Bewertung der Druckqualität =

Ein zentrales Ziel dieses Vergleichs ist es, die Druckqualität der getesteten Geräte systematisch zu bewerten. Dabei wurde auf eine möglichst umfassende Betrachtung geachtet, die sowohl technische Merkmale als auch den subjektiven Gesamteindruck einschließt. So lässt sich beurteilen, inwiefern sich Unterschiede in der Bauweise, Firmware und Druckmechanik auf das tatsächliche Druckergebnis auswirken. Die Bewertung erfolgt in zwei Teilen: einer subjektiven Einschätzung und einer objektiven Vermessung der erzeugten Bauteile.

== Subjektive Bewertung ==

Um die Druckqualität auch aus Anwendersicht nachvollziehbar zu bewerten, wurden die Testergebnisse zum einen durch eine unabhängige Laienumfrage ergänzt, zum anderen durch eine eigene technische Einschätzung auf Basis funktionaler und visueller Merkmale beurteilt.

=== Laienumfrage ===

Um die Wirkung der Druckqualität auf ungeschulte Beobachter zu erfassen, wurde eine Online-Umfrage mit mehreren Teilnehmern durchgeführt. Die Probanden erhielten die Ausdrucke anonym und ohne Hintergrundinformationen, um eine neutrale Bewertung zu ermöglichen. Bewertet wurde der optische Gesamteindruck anhand einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Druckervergleich Umfrageergebnis.png|mini|Subjektive Bewertung durch Laien]]

Die Auswertung zeigt: Der '''Prusa MK4S''' wurde mit '''6,25 Punkten''' am höchsten bewertet, dicht gefolgt vom '''Copymaster3D Voron Trident''' mit '''5,88 Punkten'''. Am schlechtesten schnitt der '''Anycubic i3 Mega S''' ab, der mit durchschnittlich '''5,12 Punkten''' bewertet wurde.

Auffällig war, dass die Unterschiede im Druckbild – etwa in der Oberflächenglätte oder Kantenschärfe – auch ohne technisches Vorwissen erkannt und in die Bewertung einbezogen wurden. Dies unterstreicht die Relevanz einer sauberen optischen Qualität, besonders für den Ersteindruck.

=== Eigene Einschätzung ===

In der technischen Eigenbewertung wurden sieben Kriterien herangezogen: Stringing, Materialanhäufungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' erreichte durchweg solide Werte. Besonders positiv fiel die geringe Ausprägung von Stringing (9) und die glatte Oberfläche (9,5) auf. Auch bei der Schrift (7) und Layerstabilität (9) schnitt er gut ab. Schwächen zeigten sich lediglich bei der Materialansammlung (7) und der Überhangunterseite (8), was auf die begrenzte mechanische Feinauflösung zurückzuführen ist.

Der '''Prusa MK4S''' zeigte durchgängig sehr hohe Werte und ein ausgewogenes Druckverhalten. In fast allen Kategorien wurde die Höchstnote (10) vergeben. Besonders hervorzuheben sind die perfekten Ergebnisse bei Brücken, Überhängen und Layerausrichtung. Auch Materialansammlungen traten praktisch nicht auf (9,5). Die etwas geringere Punktzahl bei der Schrift (6) ist auf den PrusaSlicer zurückzuführen, welcher erst gar nicht versucht die feine Schrift darzustellen, sondern nur symbolisch ein paar Linien zieht.

Der '''Copymaster3D Voron Trident''' zeigte ebenfalls ein sehr gutes Druckbild. Stringing (8), Brückenverhalten (9,5) und Layerpräzision (10) waren auf hohem Niveau. Kleinere Abzüge gab es bei der Oberflächenqualität (8) und der Schrift (5), wobei letztere ebenfalls durch den OrcaSlicer geschuldet ist, welcher die gleiche Slicer-Engine wie der PrusaSlicer nutzt. Dennoch überzeugte das Druckbild insgesamt durch klare Kanten und zuverlässige Geometrie.

Die Ergebnisse bestätigen den Eindruck aus der Laienumfrage: Der Prusa MK4S bietet die insgesamt ausgewogenste Druckqualität, dicht gefolgt vom Voron Trident. Der Anycubic i3 Mega S bleibt funktional, zeigt aber kleine Schwächen in Details.

== Objektive Bewertung ==

Für die objektive Bewertung wurden ausgewählte Maße des Testmodells mit den entsprechenden CAD-Sollwerten verglichen. Bewertet wurden verschiedene Zylinderdurchmesser und -höhen, Brückenlängen, dünne Wandstärken sowie die Frontwanddicke. Ziel war es, die Maßhaltigkeit der Drucke zu überprüfen und Abweichungen den jeweiligen Geräten zuzuordnen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' zeigte eine insgesamt gute Maßhaltigkeit. Besonders im Bereich der Zylinderdurchmesser und -höhen lagen die Werte sehr nah an den Sollmaßen, etwa bei 2 mm (2,00 mm), 3 mm (2,95 mm) und 5 mm (4,95 mm). Auch die Brückenlängen (5,05 mm / 9,85 mm / 14,80 mm) und Wandstärken (1,00 mm / 1,60 mm) stimmten gut mit den Vorgaben überein.

Der '''Prusa MK4S''' lieferte vergleichbar gute Ergebnisse, insbesondere bei den vertikalen Maßen. Die Durchmesser der Zylinder wichen leicht nach unten ab (z. B. 1,85 mm bei 2 mm-Sollmaß), was auf eine leichte Unterextrusion oder Kalibrierungseinstellung zurückzuführen sein könnte. Die Brückenlängen lagen bei 4,95 mm, 9,90 mm und 14,90 mm – allesamt nahe am Sollwert. Die Wandstärken wurden präzise erreicht (1,00 mm / 1,50 mm).

Der '''Voron Trident''' zeigte ein ähnliches Bild wie der Prusa, mit leicht geringeren Zylinderdurchmessern (z. B. 1,90 mm bei 2 mm) und etwas kürzeren Brücken (4,45 mm bei 5 mm). Die vertikalen Maße und Wandstärken lagen hingegen im Toleranzbereich. Auffällig war eine leicht geringere Genauigkeit bei komplexeren horizontalen Strukturen.

Insgesamt lagen die Abweichungen bei allen drei Druckern in einem praxisnahen Rahmen. Es zeigten sich nur geringe Unterschiede, wobei der '''Anycubic i3 Mega S''' leicht bessere Ergebnisse bei den Zylinderdurchmessern erzielte. Der '''Prusa MK4S''' und der '''Voron Trident''' lieferten dafür besonders konsistente Brückenlängen. Die Maßhaltigkeit ist damit bei allen Geräten als gut zu bewerten, mit minimalen Abweichungen, die im Alltag selten kritisch sind.

== Beobachtungen im Druckprozess ==
Während der Druckvorgänge konnten zwischen den drei Geräten verschiedene Verhaltensmuster festgestellt werden, die Rückschlüsse auf Mechanik, Steuerung und Firmwarelogik zulassen.

Der '''Prusa MK4S''' arbeitete mit insgesamt schnellen, aber flüssigen Bewegungsabläufen, er zeigte bei der Bewegung der Achsen ein gleichmäßiges und kontrolliertes Fahrverhalten. Richtungswechsel erfolgten ohne auffällige Verzögerungen oder Ruckler. Auch bei höheren Druckgeschwindigkeiten blieben die Bewegungen weitgehend ruhig. Die Geräuschentwicklung blieb konstant im leiseren Bereich. Die Filamentförderung verlief gleichmäßig, es waren keine sichtbaren Unterbrechungen oder Rückstaus im Materialfluss erkennbar.

Der CoreXY-Antrieb des '''Voron Trident''' sorgte für eine gute Umsetzung der Bewegungsvorgaben. Die Retraction erfolgte unmittelbar, und auch bei feinen Druckdetails war kein auffälliges Nachlaufen oder Tropfen des Filaments zu beobachten. Die Geräuschkulisse war abhängig von Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung leicht schwankend, aber unauffällig.

Beim '''Anycubic i3 Mega S''' waren besonders bei schnellen Richtungswechseln leichte Vibrationen bemerkbar, vor allem bei Bewegungen entlang der Hochachse. Die Geräuschentwicklung war insgesamt merklich höher als bei den beiden anderen Geräten. Retractions dauerten aufgrund der Bowden-Extruder-Bauart sichtlich länger, wodurch vereinzelt dünne Fäden zwischen benachbarten Geometrien entstanden.

In Bezug auf die Start- und Kalibrierprozesse zeigen sich ebenfalls Unterschiede: Während der Prusa MK4S und der Voron Trident jeweils eine automatische Nivellierung des Druckbetts durchführten, erforderte der Anycubic eine manuelle Justierung. Diese manuelle Kalibrierung kann abhängig vom Nutzer zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.

== Fazit ==

Der Vergleich zeigt, dass sich die Druckqualität trotz identischer Parameter je nach eingesetztem Gerät in mehreren Aspekten unterscheidet. Unterschiede ergeben sich unter anderem durch mechanische Eigenschaften, Antriebskonzepte, Kalibrierverfahren und das Zusammenspiel mit der eingesetzten Firmware.

Der Anycubic i3 Mega S erreicht insgesamt brauchbare Ergebnisse, weist jedoch bei Bewegungsführung und Materialrückzug Einschränkungen auf. Die daraus resultierenden Abweichungen zeigen sich vor allem in der Oberflächenausprägung und beim Stringing. Die Maßhaltigkeit bleibt im Rahmen der Erwartungen, kleinere Toleranzabweichungen sind jedoch sichtbar.

Der Prusa MK4S erreicht in mehreren Kategorien konstant gute bis sehr gute Resultate. Der Druckverlauf ist stabil, die Bewegungssteuerung erfolgt kontrolliert. Besonders die automatische Kalibrierung trägt zu reproduzierbaren Ergebnissen bei. Einzelne Details, wie die Schriftabbildung, werden softwareseitig anders umgesetzt.

Der Voron Trident zeigt ein vergleichbares Niveau wie der Prusa. Die Druckabläufe verlaufen kontrolliert, die Maßhaltigkeit bleibt in einem praxisgerechten Bereich. Bei bestimmten horizontalen Strukturen sind geringfügige Abweichungen messbar.

Insgesamt lässt sich feststellen, dass sich die Wahl des Druckers, trotz gleicher Druckparameter, auf das Ergebnis auswirkt. Die beobachteten Unterschiede liegen dabei überwiegend im Detail und betreffen sowohl visuelle als auch geometrische Merkmale.

Drucker

2025-06-25T16:31:49Z

Simon Besl:

= Vergleich unterschiedlicher FDM-Drucker hinsichtlich der Druckqualität, Simon Besl, 2025 =

Ein weiterer wesentlicher Einflussfaktor auf die Druckqualität liegt im eingesetzten 3D-Drucker selbst. In diesem Abschnitt wird untersucht, inwieweit sich das Druckergebnis bei identischen Druckparametern durch die verwendete Hardware unterscheidet. Um verlässliche und praxisnahe Aussagen treffen zu können, wurde darauf geachtet, dass alle Drucke mit optimierten, realitätsnahen Einstellungen vorbereitet und mit dem jeweils empfohlenen Slicer des Herstellers erzeugt wurden.

Die Verwendung der herstellereigenen oder empfohlenen Software ist dabei bewusst gewählt: Einerseits garantiert sie eine vollständige Kompatibilität mit dem jeweiligen Gerät, andererseits entspricht sie der Vorgehensweise, die auch ein typischer Nutzer in der Praxis anwenden würde.

Als Referenzgerät diente erneut der Anycubic i3 Mega S, dessen Vergleichsdruck mit identischen Parametern auch auf zwei weiteren Geräten realisiert wurde. Die Ergebnisse, Unterschiede und Bewertungen dieses Vergleichs werden im Folgenden dokumentiert und sollen künftigen Anwendern eine Orientierung bei der Auswahl passender Geräte bieten.

__TOC__

== Verwendete Drucker ==

Für den Vergleich wurden drei unterschiedliche FDM-Drucker herangezogen, die sich hinsichtlich Mechanik, Elektronik und Preisklasse deutlich unterscheiden. Ziel war es, nicht nur die reinen Druckergebnisse zu vergleichen, sondern auch die Ausstattung und typische Eigenheiten der jeweiligen Geräte zu berücksichtigen. Die Auswahl deckt ein breites Spektrum vom Einsteigergerät bis zum leistungsstarken Selbstbau-System ab.

=== Anycubic i3 Mega S ===
Der i3 Mega S wurde als Vergleichsbasis gewählt, da er im vorherigen Arbeitspaket bereits als Referenzgerät diente. Er gehört zur Kategorie der günstigen Consumer-Drucker mit klassischem Bowden-Extruder, beheiztem Druckbett und einfacher Touchscreen-Steuerung. Die offene Bauweise und die solide, aber einfache Mechanik machen ihn zu einem typischen Vertreter seines Preissegments.
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|200px|mini|rechts|Anycubic i3 Mega S]]
=== Prusa MK4S ===

Der Prusa MK4S ist ein leistungsfähiger FDM-Drucker und gilt als bewährter Standard in professionellen Umgebungen. Er ist mit einem Direct-Drive-Extruder, automatischer Kalibrierung, einer segmentierten Heizbettregelung und hochwertigen Steppern ausgestattet. Besonders hervorzuheben ist seine hohe Druckgeschwindigkeit bei gleichzeitig präziser und reproduzierbarer Druckqualität. Dadurch ist er im industriellen Prototypenbau und der FDM-Fertigung verbreitet.

=== Copymaster3D Voron Trident ===
Der Voron Trident ist ein im Selbstbau realisierter Drucker, der in dieser Untersuchung in einer Variante von Copymaster3D zum Einsatz kam. Er bietet eine besonders hohe Druckgeschwindigkeit, ein vollständig geschlossenes Gehäuse und eine stabile Linearführung. Ausgestattet mit einem Direct-Drive-System, Klipper-Firmware und präzisen Steppern eignet sich der Drucker vor allem für anspruchsvolle und erfahrene Anwender
[[Datei:Voron Trident.jpg|200px|mini|rechts|Copymasters3D Voron Trident]]

== Testaufbau ==

=== Testmodell ===
Das für den Vergleich verwendete Testobjekt ist identisch mit dem Modell aus dem Kapitel '''[[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Das Modell kombiniert Überhänge, feine Details, Brücken, Zylinderelemente und Wandstrukturen in verschiedenen Dimensionen. Dadurch lassen sich sowohl geometrische Genauigkeit als auch qualitative Druckeigenschaften systematisch bewerten.

=== Druckmaterial ===
Für alle Drucke kam dasselbe Material zum Einsatz: '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Es handelt sich dabei um ein biobasiertes Hochleistungsfilament mit guten Fließeigenschaften und hoher Formstabilität. Die Materialwahl erfolgte bewusst, da dieses Filament bereits für zahlreiche Versuche genutzt wurde.

=== Slicer-Software ===
Jeder Drucker wurde mit der vom Hersteller empfohlenen Slicer-Software betrieben:

Für den Anycubic i3 Mega S kam '''Cura''' zum Einsatz. Die Konfiguration erfolgte über ein bereits bewährtes, angepasstes Profil mit optimierten Druckparametern für diesen Gerätetyp.

Der Prusa MK4S wurde mit dem zugehörigen und Firmeneigenen'''PrusaSlicer''' betrieben.

Für den Copymaster3D Voron Trident wurde '''OrcaSlicer''' verwendet. Dieser Slicer unterstützt die Klipper-Firmware des Voron besonders gut und erlaubt eine sehr feine Anpassung an die individuellen Komponenten.

Die Slicereinstellungen wurden für jeden Drucker so angepasst, dass sie möglichst vergleichbare Druckbedingungen erzeugen. Dazu gehörten identische Layerhöhen, vergleichbare Geschwindigkeitswerte, gleiche Infill-Einstellungen sowie standardisierte Temperaturen für Extruder und Druckbett. Wo nötig, wurden gerätespezifische Funktionen wie automatische Kalibrierung berücksichtigt, ohne dadurch das Gesamtverhalten signifikant zu beeinflussen.

=== Vorgehen ===
Alle Drucke wurden auf einem sauberen Druckbett und unter identischen Umgebungsbedingungen durchgeführt. Nach dem Druck erfolgte eine dokumentierte Auswertung in mehreren Schritten: Zunächst wurde das visuelle Erscheinungsbild bewertet, anschließend die Maßhaltigkeit an definierten Stellen überprüft. Ergänzt wurde die Auswertung durch eine subjektive Einschätzung und, sofern sinnvoll, einen akustischen Eindruck während des Druckvorgangs.

= Bewertung der Druckqualität =

Ein zentrales Ziel dieses Vergleichs ist es, die Druckqualität der getesteten Geräte systematisch zu bewerten. Dabei wurde auf eine möglichst umfassende Betrachtung geachtet, die sowohl technische Merkmale als auch den subjektiven Gesamteindruck einschließt. So lässt sich beurteilen, inwiefern sich Unterschiede in der Bauweise, Firmware und Druckmechanik auf das tatsächliche Druckergebnis auswirken. Die Bewertung erfolgt in zwei Teilen: einer subjektiven Einschätzung und einer objektiven Vermessung der erzeugten Bauteile.

== Subjektive Bewertung ==

Um die Druckqualität auch aus Anwendersicht nachvollziehbar zu bewerten, wurden die Testergebnisse zum einen durch eine unabhängige Laienumfrage ergänzt, zum anderen durch eine eigene technische Einschätzung auf Basis funktionaler und visueller Merkmale beurteilt.

=== Laienumfrage ===

Um die Wirkung der Druckqualität auf ungeschulte Beobachter zu erfassen, wurde eine Online-Umfrage mit mehreren Teilnehmern durchgeführt. Die Probanden erhielten die Ausdrucke anonym und ohne Hintergrundinformationen, um eine neutrale Bewertung zu ermöglichen. Bewertet wurde der optische Gesamteindruck anhand einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Druckervergleich Umfrageergebnis.png|mini|Subjektive Bewertung durch Laien]]

Die Auswertung zeigt: Der '''Prusa MK4S''' wurde mit '''6,25 Punkten''' am höchsten bewertet, dicht gefolgt vom '''Copymaster3D Voron Trident''' mit '''5,88 Punkten'''. Am schlechtesten schnitt der '''Anycubic i3 Mega S''' ab, der mit durchschnittlich '''5,12 Punkten''' bewertet wurde.

Auffällig war, dass die Unterschiede im Druckbild – etwa in der Oberflächenglätte oder Kantenschärfe – auch ohne technisches Vorwissen erkannt und in die Bewertung einbezogen wurden. Dies unterstreicht die Relevanz einer sauberen optischen Qualität, besonders für den Ersteindruck.

=== Eigene Einschätzung ===

In der technischen Eigenbewertung wurden sieben Kriterien herangezogen: Stringing, Materialanhäufungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' erreichte durchweg solide Werte. Besonders positiv fiel die geringe Ausprägung von Stringing (9) und die glatte Oberfläche (9,5) auf. Auch bei der Schrift (7) und Layerstabilität (9) schnitt er gut ab. Schwächen zeigten sich lediglich bei der Materialansammlung (7) und der Überhangunterseite (8), was auf die begrenzte mechanische Feinauflösung zurückzuführen ist.

Der '''Prusa MK4S''' zeigte durchgängig sehr hohe Werte und ein ausgewogenes Druckverhalten. In fast allen Kategorien wurde die Höchstnote (10) vergeben. Besonders hervorzuheben sind die perfekten Ergebnisse bei Brücken, Überhängen und Layerausrichtung. Auch Materialansammlungen traten praktisch nicht auf (9,5). Die etwas geringere Punktzahl bei der Schrift (6) ist auf den PrusaSlicer zurückzuführen, welcher erst gar nicht versucht die feine Schrift darzustellen, sondern nur symbolisch ein paar Linien zieht.

Der '''Copymaster3D Voron Trident''' zeigte ebenfalls ein sehr gutes Druckbild. Stringing (8), Brückenverhalten (9,5) und Layerpräzision (10) waren auf hohem Niveau. Kleinere Abzüge gab es bei der Oberflächenqualität (8) und der Schrift (5), wobei letztere ebenfalls durch den OrcaSlicer geschuldet ist, welcher die gleiche Slicer-Engine wie der PrusaSlicer nutzt. Dennoch überzeugte das Druckbild insgesamt durch klare Kanten und zuverlässige Geometrie.

Die Ergebnisse bestätigen den Eindruck aus der Laienumfrage: Der Prusa MK4S bietet die insgesamt ausgewogenste Druckqualität, dicht gefolgt vom Voron Trident. Der Anycubic i3 Mega S bleibt funktional, zeigt aber kleine Schwächen in Details.

== Objektive Bewertung ==

Für die objektive Bewertung wurden ausgewählte Maße des Testmodells mit den entsprechenden CAD-Sollwerten verglichen. Bewertet wurden verschiedene Zylinderdurchmesser und -höhen, Brückenlängen, dünne Wandstärken sowie die Frontwanddicke. Ziel war es, die Maßhaltigkeit der Drucke zu überprüfen und Abweichungen den jeweiligen Geräten zuzuordnen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' zeigte eine insgesamt gute Maßhaltigkeit. Besonders im Bereich der Zylinderdurchmesser und -höhen lagen die Werte sehr nah an den Sollmaßen, etwa bei 2 mm (2,00 mm), 3 mm (2,95 mm) und 5 mm (4,95 mm). Auch die Brückenlängen (5,05 mm / 9,85 mm / 14,80 mm) und Wandstärken (1,00 mm / 1,60 mm) stimmten gut mit den Vorgaben überein.

Der '''Prusa MK4S''' lieferte vergleichbar gute Ergebnisse, insbesondere bei den vertikalen Maßen. Die Durchmesser der Zylinder wichen leicht nach unten ab (z. B. 1,85 mm bei 2 mm-Sollmaß), was auf eine leichte Unterextrusion oder Kalibrierungseinstellung zurückzuführen sein könnte. Die Brückenlängen lagen bei 4,95 mm, 9,90 mm und 14,90 mm – allesamt nahe am Sollwert. Die Wandstärken wurden präzise erreicht (1,00 mm / 1,50 mm).

Der '''Voron Trident''' zeigte ein ähnliches Bild wie der Prusa, mit leicht geringeren Zylinderdurchmessern (z. B. 1,90 mm bei 2 mm) und etwas kürzeren Brücken (4,45 mm bei 5 mm). Die vertikalen Maße und Wandstärken lagen hingegen im Toleranzbereich. Auffällig war eine leicht geringere Genauigkeit bei komplexeren horizontalen Strukturen.

Insgesamt lagen die Abweichungen bei allen drei Druckern in einem praxisnahen Rahmen. Es zeigten sich nur geringe Unterschiede, wobei der '''Anycubic i3 Mega S''' leicht bessere Ergebnisse bei den Zylinderdurchmessern erzielte. Der '''Prusa MK4S''' und der '''Voron Trident''' lieferten dafür besonders konsistente Brückenlängen. Die Maßhaltigkeit ist damit bei allen Geräten als gut zu bewerten, mit minimalen Abweichungen, die im Alltag selten kritisch sind.

== Beobachtungen im Druckprozess ==
Während der Druckvorgänge konnten zwischen den drei Geräten verschiedene Verhaltensmuster festgestellt werden, die Rückschlüsse auf Mechanik, Steuerung und Firmwarelogik zulassen.

Der '''Prusa MK4S''' arbeitete mit insgesamt schnellen, aber flüssigen Bewegungsabläufen, er zeigte bei der Bewegung der Achsen ein gleichmäßiges und kontrolliertes Fahrverhalten. Richtungswechsel erfolgten ohne auffällige Verzögerungen oder Ruckler. Auch bei höheren Druckgeschwindigkeiten blieben die Bewegungen weitgehend ruhig. Die Geräuschentwicklung blieb konstant im leiseren Bereich. Die Filamentförderung verlief gleichmäßig, es waren keine sichtbaren Unterbrechungen oder Rückstaus im Materialfluss erkennbar.

Der CoreXY-Antrieb des '''Voron Trident''' sorgte für eine gute Umsetzung der Bewegungsvorgaben. Die Retraction erfolgte unmittelbar, und auch bei feinen Druckdetails war kein auffälliges Nachlaufen oder Tropfen des Filaments zu beobachten. Die Geräuschkulisse war abhängig von Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung leicht schwankend, aber unauffällig.

Beim '''Anycubic i3 Mega S''' waren besonders bei schnellen Richtungswechseln leichte Vibrationen bemerkbar, vor allem bei Bewegungen entlang der Hochachse. Die Geräuschentwicklung war insgesamt merklich höher als bei den beiden anderen Geräten. Retractions dauerten aufgrund der Bowden-Extruder-Bauart sichtlich länger, wodurch vereinzelt dünne Fäden zwischen benachbarten Geometrien entstanden.

In Bezug auf die Start- und Kalibrierprozesse zeigen sich ebenfalls Unterschiede: Während der Prusa MK4S und der Voron Trident jeweils eine automatische Nivellierung des Druckbetts durchführten, erforderte der Anycubic eine manuelle Justierung. Diese manuelle Kalibrierung kann abhängig vom Nutzer zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.

Datei:Druckervergleich Umfrageergebnis.png

2025-06-24T09:42:07Z

Simon Besl:

Drucker

2025-06-24T09:38:07Z

Simon Besl:

= Vergleich unterschiedlicher FDM-Drucker hinsichtlich der Druckqualität, Simon Besl, 2025 =

Ein weiterer wesentlicher Einflussfaktor auf die Druckqualität liegt im eingesetzten 3D-Drucker selbst. In diesem Abschnitt wird untersucht, inwieweit sich das Druckergebnis bei identischen Druckparametern durch die verwendete Hardware unterscheidet. Um verlässliche und praxisnahe Aussagen treffen zu können, wurde darauf geachtet, dass alle Drucke mit optimierten, realitätsnahen Einstellungen vorbereitet und mit dem jeweils empfohlenen Slicer des Herstellers erzeugt wurden.

Die Verwendung der herstellereigenen oder empfohlenen Software ist dabei bewusst gewählt: Einerseits garantiert sie eine vollständige Kompatibilität mit dem jeweiligen Gerät, andererseits entspricht sie der Vorgehensweise, die auch ein typischer Nutzer in der Praxis anwenden würde.

Als Referenzgerät diente erneut der Anycubic i3 Mega S, dessen Vergleichsdruck mit identischen Parametern auch auf zwei weiteren Geräten realisiert wurde. Die Ergebnisse, Unterschiede und Bewertungen dieses Vergleichs werden im Folgenden dokumentiert und sollen künftigen Anwendern eine Orientierung bei der Auswahl passender Geräte bieten.

__TOC__

== Verwendete Drucker ==

Für den Vergleich wurden drei unterschiedliche FDM-Drucker herangezogen, die sich hinsichtlich Mechanik, Elektronik und Preisklasse deutlich unterscheiden. Ziel war es, nicht nur die reinen Druckergebnisse zu vergleichen, sondern auch die Ausstattung und typische Eigenheiten der jeweiligen Geräte zu berücksichtigen. Die Auswahl deckt ein breites Spektrum vom Einsteigergerät bis zum leistungsstarken Selbstbau-System ab.

=== Anycubic i3 Mega S ===
Der i3 Mega S wurde als Vergleichsbasis gewählt, da er im vorherigen Arbeitspaket bereits als Referenzgerät diente. Er gehört zur Kategorie der günstigen Consumer-Drucker mit klassischem Bowden-Extruder, beheiztem Druckbett und einfacher Touchscreen-Steuerung. Die offene Bauweise und die solide, aber einfache Mechanik machen ihn zu einem typischen Vertreter seines Preissegments.
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|200px|mini|rechts|Anycubic i3 Mega S]]
=== Prusa MK4S ===

Der Prusa MK4S ist ein leistungsfähiger FDM-Drucker und gilt als bewährter Standard in professionellen Umgebungen. Er ist mit einem Direct-Drive-Extruder, automatischer Kalibrierung, einer segmentierten Heizbettregelung und hochwertigen Steppern ausgestattet. Besonders hervorzuheben ist seine hohe Druckgeschwindigkeit bei gleichzeitig präziser und reproduzierbarer Druckqualität. Dadurch ist er im industriellen Prototypenbau und der FDM-Fertigung verbreitet.

=== Copymaster3D Voron Trident ===
Der Voron Trident ist ein im Selbstbau realisierter Drucker, der in dieser Untersuchung in einer Variante von Copymaster3D zum Einsatz kam. Er bietet eine besonders hohe Druckgeschwindigkeit, ein vollständig geschlossenes Gehäuse und eine stabile Linearführung. Ausgestattet mit einem Direct-Drive-System, Klipper-Firmware und präzisen Steppern eignet sich der Drucker vor allem für anspruchsvolle und erfahrene Anwender
[[Datei:Voron Trident.jpg|200px|mini|rechts|Copymasters3D Voron Trident]]

== Testaufbau ==

=== Testmodell ===
Das für den Vergleich verwendete Testobjekt ist identisch mit dem Modell aus dem Kapitel '''[[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Das Modell kombiniert Überhänge, feine Details, Brücken, Zylinderelemente und Wandstrukturen in verschiedenen Dimensionen. Dadurch lassen sich sowohl geometrische Genauigkeit als auch qualitative Druckeigenschaften systematisch bewerten.

=== Druckmaterial ===
Für alle Drucke kam dasselbe Material zum Einsatz: '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Es handelt sich dabei um ein biobasiertes Hochleistungsfilament mit guten Fließeigenschaften und hoher Formstabilität. Die Materialwahl erfolgte bewusst, da dieses Filament bereits für zahlreiche Versuche genutzt wurde.

=== Slicer-Software ===
Jeder Drucker wurde mit der vom Hersteller empfohlenen Slicer-Software betrieben:

Für den Anycubic i3 Mega S kam '''Cura''' zum Einsatz. Die Konfiguration erfolgte über ein bereits bewährtes, angepasstes Profil mit optimierten Druckparametern für diesen Gerätetyp.

Der Prusa MK4S wurde mit dem zugehörigen und Firmeneigenen'''PrusaSlicer''' betrieben.

Für den Copymaster3D Voron Trident wurde '''OrcaSlicer''' verwendet. Dieser Slicer unterstützt die Klipper-Firmware des Voron besonders gut und erlaubt eine sehr feine Anpassung an die individuellen Komponenten.

Die Slicereinstellungen wurden für jeden Drucker so angepasst, dass sie möglichst vergleichbare Druckbedingungen erzeugen. Dazu gehörten identische Layerhöhen, vergleichbare Geschwindigkeitswerte, gleiche Infill-Einstellungen sowie standardisierte Temperaturen für Extruder und Druckbett. Wo nötig, wurden gerätespezifische Funktionen wie automatische Kalibrierung berücksichtigt, ohne dadurch das Gesamtverhalten signifikant zu beeinflussen.

=== Vorgehen ===
Alle Drucke wurden auf einem sauberen Druckbett und unter identischen Umgebungsbedingungen durchgeführt. Nach dem Druck erfolgte eine dokumentierte Auswertung in mehreren Schritten: Zunächst wurde das visuelle Erscheinungsbild bewertet, anschließend die Maßhaltigkeit an definierten Stellen überprüft. Ergänzt wurde die Auswertung durch eine subjektive Einschätzung und, sofern sinnvoll, einen akustischen Eindruck während des Druckvorgangs.

= Bewertung der Druckqualität =

Ein zentrales Ziel dieses Vergleichs ist es, die Druckqualität der getesteten Geräte systematisch zu bewerten. Dabei wurde auf eine möglichst umfassende Betrachtung geachtet, die sowohl technische Merkmale als auch den subjektiven Gesamteindruck einschließt. So lässt sich beurteilen, inwiefern sich Unterschiede in der Bauweise, Firmware und Druckmechanik auf das tatsächliche Druckergebnis auswirken. Die Bewertung erfolgt in zwei Teilen: einer subjektiven Einschätzung und einer objektiven Vermessung der erzeugten Bauteile.

== Subjektive Bewertung ==

Um die Druckqualität auch aus Anwendersicht nachvollziehbar zu bewerten, wurden die Testergebnisse zum einen durch eine unabhängige Laienumfrage ergänzt, zum anderen durch eine eigene technische Einschätzung auf Basis funktionaler und visueller Merkmale beurteilt.

=== Laienumfrage ===

Um die Wirkung der Druckqualität auf ungeschulte Beobachter zu erfassen, wurde eine Online-Umfrage mit mehreren Teilnehmern durchgeführt. Die Probanden erhielten die Ausdrucke anonym und ohne Hintergrundinformationen, um eine neutrale Bewertung zu ermöglichen. Bewertet wurde der optische Gesamteindruck anhand einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Druckervergleich Umfrageergebnis.png|mini|Subjektive Bewertung durch Laien]]

Die Auswertung zeigt: Der '''Prusa MK4S''' wurde mit '''6,25 Punkten''' am höchsten bewertet, dicht gefolgt vom '''Copymaster3D Voron Trident''' mit '''5,88 Punkten'''. Am schlechtesten schnitt der '''Anycubic i3 Mega S''' ab, der mit durchschnittlich '''5,12 Punkten''' bewertet wurde.

Auffällig war, dass die Unterschiede im Druckbild – etwa in der Oberflächenglätte oder Kantenschärfe – auch ohne technisches Vorwissen erkannt und in die Bewertung einbezogen wurden. Dies unterstreicht die Relevanz einer sauberen optischen Qualität, besonders für den Ersteindruck.

=== Eigene Einschätzung ===

In der technischen Eigenbewertung wurden sieben Kriterien herangezogen: Stringing, Materialanhäufungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' erreichte durchweg solide Werte. Besonders positiv fiel die geringe Ausprägung von Stringing (9) und die glatte Oberfläche (9,5) auf. Auch bei der Schrift (7) und Layerstabilität (9) schnitt er gut ab. Schwächen zeigten sich lediglich bei der Materialansammlung (7) und der Überhangunterseite (8), was auf die begrenzte mechanische Feinauflösung zurückzuführen ist.

Der '''Prusa MK4S''' zeigte durchgängig sehr hohe Werte und ein ausgewogenes Druckverhalten. In fast allen Kategorien wurde die Höchstnote (10) vergeben. Besonders hervorzuheben sind die perfekten Ergebnisse bei Brücken, Überhängen und Layerausrichtung. Auch Materialansammlungen traten praktisch nicht auf (9,5). Die etwas geringere Punktzahl bei der Schrift (6) ist auf den PrusaSlicer zurückzuführen, welcher erst gar nicht versucht die feine Schrift darzustellen, sondern nur symbolisch ein paar Linien zieht.

Der '''Copymaster3D Voron Trident''' zeigte ebenfalls ein sehr gutes Druckbild. Stringing (8), Brückenverhalten (9,5) und Layerpräzision (10) waren auf hohem Niveau. Kleinere Abzüge gab es bei der Oberflächenqualität (8) und der Schrift (5), wobei letztere ebenfalls durch den OrcaSlicer geschuldet ist, welcher die gleiche Slicer-Engine wie der PrusaSlicer nutzt. Dennoch überzeugte das Druckbild insgesamt durch klare Kanten und zuverlässige Geometrie.

Die Ergebnisse bestätigen den Eindruck aus der Laienumfrage: Der '''Prusa MK4S''' bietet die insgesamt ausgewogenste Druckqualität, dicht gefolgt vom '''Voron Trident'''. Der '''Anycubic i3 Mega S''' bleibt funktional, zeigt aber kleine Schwächen in Details.

== Objektive Bewertung ==

Für die objektive Bewertung wurden ausgewählte Maße des Testmodells mit den entsprechenden CAD-Sollwerten verglichen. Bewertet wurden verschiedene Zylinderdurchmesser und -höhen, Brückenlängen, dünne Wandstärken sowie die Frontwanddicke. Ziel war es, die Maßhaltigkeit der Drucke zu überprüfen und Abweichungen den jeweiligen Geräten zuzuordnen.

Der '''Anycubic i3 Mega S''' zeigte eine insgesamt gute Maßhaltigkeit. Besonders im Bereich der Zylinderdurchmesser und -höhen lagen die Werte sehr nah an den Sollmaßen, etwa bei 2 mm (2,00 mm), 3 mm (2,95 mm) und 5 mm (4,95 mm). Auch die Brückenlängen (5,05 mm / 9,85 mm / 14,80 mm) und Wandstärken (1,00 mm / 1,60 mm) stimmten gut mit den Vorgaben überein.

Der '''Prusa MK4S''' lieferte vergleichbar gute Ergebnisse, insbesondere bei den vertikalen Maßen. Die Durchmesser der Zylinder wichen leicht nach unten ab (z. B. 1,85 mm bei 2 mm-Sollmaß), was auf eine leichte Unterextrusion oder Kalibrierungseinstellung zurückzuführen sein könnte. Die Brückenlängen lagen bei 4,95 mm, 9,90 mm und 14,90 mm – allesamt nahe am Sollwert. Die Wandstärken wurden präzise erreicht (1,00 mm / 1,50 mm).

Der '''Voron Trident''' zeigte ein ähnliches Bild wie der Prusa, mit leicht geringeren Zylinderdurchmessern (z. B. 1,90 mm bei 2 mm) und etwas kürzeren Brücken (4,45 mm bei 5 mm). Die vertikalen Maße und Wandstärken lagen hingegen im Toleranzbereich. Auffällig war eine leicht geringere Genauigkeit bei komplexeren horizontalen Strukturen.

Insgesamt lagen die Abweichungen bei allen drei Druckern in einem praxisnahen Rahmen. Es zeigten sich nur geringe Unterschiede, wobei der '''Anycubic i3 Mega S''' leicht bessere Ergebnisse bei den Zylinderdurchmessern erzielte. Der '''Prusa MK4S''' und der '''Voron Trident''' lieferten dafür besonders konsistente Brückenlängen. Die Maßhaltigkeit ist damit bei allen Geräten als gut zu bewerten, mit minimalen Abweichungen, die im Alltag selten kritisch sind.

Drucker

2025-06-24T08:08:32Z

Simon Besl:

Datei:Voron Trident.jpg

2025-06-24T07:47:21Z

Simon Besl:

Copymasters3D Voron Trident - Drucker des cLab

Drucker

2025-06-23T19:45:21Z

Simon Besl:

Drucker

2025-06-23T17:53:10Z

Simon Besl:

Drucker

2025-06-23T17:47:44Z

Simon Besl: /* Prusa MK4S */

Drucker

2025-06-23T17:46:56Z

Simon Besl:

Drucker

2025-06-23T16:57:03Z

Simon Besl: /* Vincent Greinecker, 29.10.2024 */

Projektarbeit Simon Besl, Matthias Strohmeier, Maximilian Wimmer

2025-06-23T13:56:43Z

Simon Besl: /* ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck */

<htmltag tagname="img" src="http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc" width="1" height="1" alt=""></htmltag>
= Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =

== Aufgabenanalyse ==

===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===
In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. 

Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-
Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. 
Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.

=== Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===
Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.

Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.

Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.

Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:

# '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.
# '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.

Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.

===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===
In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet.

Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.

Die Temperaturbeständigkeit wird über Wärmeformbeständigkeitsprüfungen sowie durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen getestet. In Kombination mit einem heißen Wasserbad, solle es realistische Bedingungen simulieren.

Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.

== Zielvereinbarung ==
Die Zielsetzung des Arbeitspakets "''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''" ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein.

Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden.

Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.

== Besprechungsprotokolle ==
[[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]] 
[[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]

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

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

{| class="wikitable sortable"
|+
|-
! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV
|-
| 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 70 ||
|-
| 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||
|-
| 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||
|-
| 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025
|-
| 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025
|-
| 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025
|-
| 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025
|-
| 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 70 ||
|-
| 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 19.06.2025
|-
| 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte ("Prägedruck") (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 19.06.2025
|}

Düsendurchmesser

2025-06-23T13:54:51Z

Simon Besl: /* Einstellungen im Slicer */

= Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität, Simon Besl, 09.05.2025 =

Die Auswahl des geeigneten Düsendurchmessers ist ein zentraler Faktor im FDM-3D-Druck, da er direkt Einfluss auf Druckzeit, Maßhaltigkeit, Detailgenauigkeit und Oberflächenqualität nimmt. Während kleinere Düsen eine hohe Präzision bei feinen Geometrien ermöglichen, lassen sich mit größeren Düsen deutlich kürzere Druckzeiten erzielen – ein Aspekt, der insbesondere bei funktionalen Bauteilen oder der Kleinserienfertigung an Bedeutung gewinnt.

Ziel dieser Untersuchung war es daher, den Einfluss verschiedener Düsendurchmesser auf die resultierende Druckqualität systematisch zu analysieren. Im Mittelpunkt standen dabei Maßhaltigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Detailabbildung sowie das Verhalten bei Überhängen. Besonderes Interesse galt der Frage, ob sich mit größeren Düsen unter bestimmten Bedingungen sogar qualitative Vorteile erzielen lassen – beispielsweise durch bessere Schichtanbindung oder stabilere Druckverhältnisse bei komplexeren Strukturen.

Die Untersuchung wurde unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt und durch eine technische sowie subjektive Bewertung der Druckergebnisse ergänzt, um praxisrelevante Empfehlungen zur Wahl des Düsendurchmessers ableiten zu können.

__TOC__

== Testaufbau ==
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|250px|mini|rechts|Drucker für Düsenvergleich: Anycubic i3 Mega S]]
Die Versuche wurden auf einem '''Anycubic i3 Mega S''' durchgeführt. Der Drucker zählt zu den gängigen Einsteigermodellen im Bereich des FDM-Drucks und verfügt über ein offenes System, das manuelle Eingriffe wie den Austausch von Düsen unkompliziert ermöglicht. Eine automatische Nivellierfunktion ist nicht vorhanden, weshalb der Abstand zwischen Düse und Druckbett manuell eingestellt werden muss.

Als Slicer-Software wurde '''Cura (Version 5.10)''' verwendet. Cura ist die vom Hersteller empfohlene Software für diesen Drucker und bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche sowie direkte Einstellmöglichkeiten für den Düsendurchmesser. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' der Firma '''Extrudr''', ein biobasierter Werkstoff, der sich durch zuverlässige Druckeigenschaften und hohe Maßhaltigkeit auszeichnet. Es wurde bereits in vorherigen Arbeitspaketen erfolgreich eingesetzt.

Untersucht wurden vier verschiedene Düsendurchmesser: '''0,2 mm''', '''0,4 mm''', '''0,6 mm''' und '''0,8 mm'''. Zum Einsatz kamen dabei handelsübliche '''V6-Düsen''', die mit dem Hotend des Druckers kompatibel sind. Eine '''1,0 mm-Düse''' wurde nicht berücksichtigt, da sie in ersten Tests keine ausreichende Detailtreue erzielte und für die vorgesehenen Geometrien als ungeeignet eingeschätzt wurde.

Die Schichthöhe wurde einheitlich auf '''0,16 mm''' festgelegt. Dieser Wert stellt die größtmögliche empfohlene Schichtdicke für eine '''0,2 mm-Düse''' dar und sorgt gleichzeitig dafür, dass auch mit der '''0,8 mm-Düse''' noch ein stabiler Materialauftrag möglich ist. Auf diese Weise konnte ein einheitlicher Vergleich der verschiedenen Düsendurchmesser gewährleistet werden, ohne die jeweilige Düse über ihre praxisgerechten Grenzen hinaus zu belasten. Weitere relevante Druckparameter wie Düsentemperatur, Druckbett-Temperatur, Kühlverhalten und Bewegungsgeschwindigkeit wurden über alle Versuche hinweg konstant gehalten. Die konkreten Einstellungen orientierten sich an den auf der Projekt-Wikiseite '''[[Optimierung Druckparameter]]''' dokumentierten Werten, die im Rahmen einer separaten Untersuchung als besonders druckstabil identifiziert wurden.

== Beschreibung des Testobjekts ==
[[Datei:Testmodell.png|250px|mini|Testmodell für Düsenvergleich<ref name="cadmodell" />]]
Zur Bewertung der Auswirkungen unterschiedlicher Düsendurchmesser wurde ein eigenes Testobjekt konstruiert. Ziel war es, möglichst viele drucktechnisch relevante Merkmale in kompakter Form zu vereinen, um Unterschiede hinsichtlich Maßhaltigkeit, Detailtreue, Überhangverhalten und Oberflächenqualität erfassen zu können.

Das Testmodell besteht aus mehreren Bereichen mit gezielten Herausforderungen für den 3D-Druck. Dazu zählen freistehende Überhänge mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, feine Schriftzüge, definierte Wandstärken sowie rechteckige Geometrien mit bekannten Sollmaßen zur späteren Vermessung. Darüber hinaus wurden glatte sowie geneigte Oberflächen eingebaut, um mögliche Unterschiede in der Sichtbarkeit der Schichtlinien zu dokumentieren. Auch schmale Finnen und freitragende Brücken wurden integriert, um die Detailwiedergabe und das Verhalten bei ungestütztem Materialauftrag zu bewerten.

Das Objekt wurde so dimensioniert, dass es mit allen gewählten Düsendurchmessern innerhalb sinnvoller Druckzeiten und ohne Skalierung gefertigt werden konnte. Es wurde mit identischen Slicereinstellungen verarbeitet, wobei jeweils nur der Düsendurchmesser angepasst wurde.

== Einstellungen im Slicer ==

Die Angabe des Düsendurchmessers ist eine der zentralen Grundeinstellungen im Slicer, da sie sich direkt auf Parameter wie Linienbreite, Flussrate und Extrusionsmenge auswirkt. Die Umsetzung dieser Einstellung unterscheidet sich je nach Slicer deutlich.

In '''Cura''' lässt sich der Düsendurchmesser über die Druckerkonfiguration eintragen:
''Drucker verwalten → Geräteeinstellungen → Extruder 1''.
Damit stellen sich sämtliche Linienbreitenparameter automatisch auf den Wert der Düse setzen lassen. Diese Funktion vereinfacht die Handhabung, führt jedoch nicht zu idealen Druckbedingungen, da sie keine Optimierung für bestimmte Geometrien oder Drucksituationen vornimmt.

'''PrusaSlicer''' geht hier deutlich weiter: Eine Funktion zur automatischen Linienbreitenanpassung erlaubt es dem Programm, die optimale Linienbreite für unterschiedliche Bereiche des Drucks dynamisch zu berechnen. Die tatsächliche Linienbreite kann dabei leicht von der Düsenbreite abweichen, um die Druckqualität zu verbessern oder bestimmte Geometrien besser darzustellen.

Im '''OrcaSlicer''' erfolgt die Anpassung ebenfalls über die Linienbreitenparameter im Reiter ''Qualität''. Eine automatische Anpassung wie im PrusaSlicer ist hier nicht implementiert, die Einstellungen müssen manuell angepasst oder über Profile gesteuert werden.

Für die vorliegende Untersuchung wurde '''Cura''' verwendet, da sich dort die Düsengröße eindeutig definieren und kontrollieren lässt. Dennoch sollte beachtet werden, dass fortschrittlichere Slicer-Logiken wie die automatische Linienbreitenanpassung in PrusaSlicer in dieser Betrachtung unberücksichtigt bleiben um die Vergleichbarkeit zu wahren.

{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Cura Düsengrößeinstellung 2.png|300px]]
| [[Datei:Orca Linienbreiteeinstellungen.png|240px]]
| [[Datei:Prusa Düseneinstellung 2.png|450px]]
|-
| '''Cura''': Fenster zur Linienbreiteneinstellung
| '''OrcaSlicer''': Reiter zur Linienbreiteneinstellung
| '''PrusaSlicer''': Fenster zur Linienbreitensteuerung
|}

== Schwierigkeiten ==
[[Datei:Haftungsproblem erste Schicht.jpg|mini|Haftungsprobleme der ersten Schicht]]
Im Verlauf der Untersuchung zeigten sich einige technische Herausforderungen bei der Umstellung auf größere Düsendurchmesser, selbst bei Verwendung eines Slicers mit direkter Düsenkonfiguration wie '''Cura'''. Zwar lassen sich die grundlegenden Parameter in der Software problemlos anpassen, jedoch erwiesen sich die automatisch generierten Voreinstellungen nicht in allen Fällen als praxistauglich.

Insbesondere die Flusseinstellungen mussten für bestimmte Düsengrößen manuell nachjustiert werden. So war es beispielsweise erforderlich, den Filamentfluss für die erste Schicht auf '''120 %''' zu erhöhen. Andernfalls kam es bei großen Düsen zu unzureichender Materialförderung in der Anfangsphase, wodurch das Filament nicht ausreichend auf der Druckplatte haftete und stattdessen unkontrolliert über die Oberfläche gezogen wurde.

Darüber hinaus stellte sich die Kombination aus großem Düsendurchmesser, hohem Materialvorschub und den vergleichsweise hohen Verarbeitungstemperaturen von '''PETG''' als problematisch für das Heizsystem des Druckkopfs heraus. Bei der '''0,8 mm-Düse''' war die Heizleistung in einigen Fällen nicht mehr ausreichend, um den Sollwert des Drucks aufrechtzuerhalten, sodass der Druckvorgang mit einer Sensorfehlermeldung abgebrochen wurde.

== Untersuchung der Fehlerursachen ==
[[Datei:Verbesserung durch Schichtdicke verringern.jpg|mini|Leichtes Herabdrücken des Druckkopfs sorgte für Verbesserung (linke Bildhälfte)]]
Ein zentrales Problem, das zu Beginn der Versuchsreihe auftrat, war eine unzureichende Haftung der ersten Schicht auf dem Druckbett. Ursprünglich wurde dies als typisches Haftungsproblem interpretiert. Im weiteren Verlauf zeigte sich jedoch, dass die Ursache vielmehr in einem zu geringen Materialfluss lag – insbesondere bei der ersten Lage. Dieser unzureichende Fluss ließ sich auf suboptimale Slicer-Voreinstellungen zurückführen, die bei größeren Düsendurchmessern nicht automatisch angepasst wurden. Durch manuelle Erhöhung des Flusses für die erste Schicht konnte das Problem weitgehend behoben werden.

Das Problem wurde unter anderem durch eine einfache Beobachtung entdeckt: Ein leichtes manuelles Herunterdrücken des Druckkopfs während der ersten Druckbahn führte unmittelbar zu einer Verbesserung des Druckergebnisses. Die verringerte Schichtdicke erhöhte den Auflagedruck, ohne den Filamentfluss zu verändern – ein Hinweis auf einen zu großen Abstand zwischen Düse und Druckbett.

Im Zuge der Fehlersuche wurde eine weitere mögliche Ursache untersucht: ein zu großer Abstand zwischen Düse und Druckbett. Da der verwendete Drucker über keine automatische Nivellierung verfügt, kommt der mechanischen Justierung eine entscheidende Bedeutung zu. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Fertigungstoleranzen bei der Länge der eingesetzten Düsen zu inkonsistenten Abständen führen könnten – insbesondere bei einem Düsenwechsel.

Zur Verifikation wurden mehrere Düsen desselben Typs vermessen. Innerhalb der jeweils drei getesteten Exemplare pro Düsendurchmesser traten zwar nur geringe Unterschiede auf, jedoch unterschieden sich die Nennlängen der verschiedenen Düsengrößen teils deutlich. Während die '''0,2 mm-Düse''' das Sollmaß von '''12,50 mm''' nahezu exakt einhielt, wichen andere um bis zu '''±0,060 mm''' ab. Bei einer eingestellten Schichtdicke von '''0,16 mm''' entspricht dies bereits einer Abweichung von rund '''37,5 %''', was sich unmittelbar auf die Haftung und das Druckbild der ersten Schicht auswirkte.

Da diese Abweichung vom Drucker nicht automatisch kompensiert werden konnte, musste nach jedem Düsenwechsel eine manuelle Kalibrierung der Z-Achse vorgenommen werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurde zwischen subjektiven und objektiven Bewertungsmethoden unterschieden. Während die subjektive Bewertung durch eine Laienumfrage sowie eine eigene Einschätzung erfolgte, wurden für die objektive Analyse konkrete Messungen und technische Kriterien herangezogen.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===

Zur Erfassung des optischen Gesamteindrucks der Drucke durch möglichst ungeschulte Personen wurde eine anonyme digitale Umfrage mit insgesamt acht verschiedenen Modellen durchgeführt. Ziel war es, eine realitätsnahe Einschätzung der wahrgenommenen Druckqualität zu erhalten, wie sie in einer typischen Kundensituation entstehen könnte, in der ein Bauteil von einem Zulieferer empfangen und rein visuell und haptisch beurteilt wird.
[[Datei:Umfrageergebnis Düsenvergleich.png|mini|400px|Ergebnis der Laienumfrage bezüglich der Druckqualität]]
Die Teilnehmenden wurden gebeten, die Qualität der vorgelegten Modelle auf einer Skala von ''1 (sehr schlecht)'' bis ''10 (sehr gut)'' zu bewerten.

Die Umfrage beschränkte sich bewusst auf eine einzige Frage pro Modell. In vorherigen Testläufen hatte sich gezeigt, dass eine detailliertere Beurteilung einzelner Qualitätsaspekte wie Maßhaltigkeit, Oberflächenglätte oder Detailtreue durch Laien häufig zu unsicheren oder wenig aussagekräftigen Antworten führte. Eine zusammenfassende Gesamtbewertung erwies sich dagegen als verständlich und zuverlässig.

Die Ergebnisse der Laienumfrage verdeutlichen einen klaren Zusammenhang zwischen dem verwendeten Düsendurchmesser und der subjektiv wahrgenommenen Druckqualität. Am besten schnitt die feinste untersuchte Düse mit 0,2 mm ab, die mit einem Durchschnittswert von 8,7 deutlich vor allen anderen Varianten lag. Am unteren Ende der Skala befand sich die 0,8 mm-Düse, die lediglich mit 2,9 bewertet wurde. Diese große Differenz deutet darauf hin, dass insbesondere eine feine Detailwiedergabe und glatte Oberflächen von ungeschulten Betrachtern als qualitativ hochwertig eingeschätzt werden.
Auch zwischen den mittleren Düsendurchmessern von 0,4 mm (5,1) und 0,6 mm (4,8) zeigen sich Unterschiede in der Bewertung, wenn auch weniger deutlich.

Allerdings ist dieser Qualitätsgewinn mit einem erheblichen Anstieg der Druckzeit verbunden. Während das Testobjekt mit der 0,8 mm-Düse bereits nach 55 Minuten fertiggestellt ist, verlängert sich die Druckzeit bei der 0,6 mm-Düse auf 1 Stunde und 10 Minuten und bei der 0,4 mm-Düse auf 1 Stunde und 33 Minuten. Am längsten dauert der Druck mit der 0,2 mm-Düse, der mit 2 Stunden und 40 Minuten mehr als doppelt so lange benötigt. Wer auf maximale optische Qualität setzt, muss also einen deutlichen Kompromiss in Form längerer Fertigungszeiten eingehen.

=== Eigene Einschätzung ===
Bei der eigenen Bewertung der Druckqualität wurden verschiedene technische und visuelle Merkmale der Modelle herangezogen. Besonderes Augenmerk galt der Sauberkeit der Drucke, dem Auftreten unerwünschter Materialanhaftungen (wie „Blobs“ oder „Zits“), der Qualität freitragender Brücken sowie der Lesbarkeit feiner Schriftzüge.

Die feinste Düse zeigte insgesamt das sauberste Druckbild. Konturen waren klar erkennbar, die Oberflächen wirkten gleichmäßig, und filigrane Details – insbesondere kleine Schriftzüge – wurden präzise dargestellt. Zudem traten kaum störende Nebeneffekte wie Fädenbildung oder Materialüberschuss auf.

Mit zunehmendem Düsendurchmesser wurde das Druckbild sichtbar gröber. Zwar gelang die Überhanggeometrie bei allen Varianten gut, jedoch zeigten sich bei größeren Düsen häufiger kleine Unregelmäßigkeiten wie Fäden oder Materialanhäufungen. Feine Strukturen wurden nicht mehr so scharf wiedergegeben, und in einigen Fällen war die Schrift nur noch schwer oder gar nicht mehr lesbar.

Auch bei mittleren Düsendurchmessern gab es qualitative Unterschiede. Einige Modelle wiesen eine insgesamt gute Druckqualität auf, zeigten jedoch leichte Schwächen bei Detailauflösung oder Gleichmäßigkeit der Oberfläche. Andere hingegen offenbarten deutliche Druckfehler, etwa durch ungleichmäßige Extrusion oder unsaubere Kanten.

Insgesamt bestätigte sich der Eindruck, dass kleinere Düsendurchmesser für qualitativ hochwertige und detailreiche Drucke besser geeignet sind, während größere Düsen eher funktionale, aber optisch weniger präzise Ergebnisse liefern. Auffällig war zudem, dass eine dickere Düse offenbar stärker zu Stringing neigt, was sich negativ auf den Gesamteindruck auswirkte.

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Druckqualität wurden ausgewählte Geometrien des Testmodells vermessen. Ziel war es, die Maßhaltigkeit verschiedener Düsendurchmesser unabhängig von subjektiven Einflüssen zu beurteilen. Analysiert wurden Zylinderdurchmesser (2–5 mm), Höhen, freitragende Brücken (5–15 mm Spannweite) sowie dünne Wandstrukturen.

Die '''0,2 mm-Düse''' zeigt durchweg die höchste Präzision. Die Zylinderdurchmesser liegen maximal +0,05 mm über dem Sollwert, was in Anbetracht der Drucktechnik ein sehr gutes Ergebnis darstellt. Auch die Höhenabweichung ist mit nur +0,05 mm nahezu vernachlässigbar. Brückenkonstruktionen wurden selbst bei 15 mm Spannweite mit hoher Maßhaltigkeit gedruckt, und feine Wände von 1,0 mm wurden exakt wiedergegeben. Diese Ergebnisse spiegeln die hohe Auflösung und feine Linienführung der 0,2 mm-Düse wider – ideal für detaillierte Drucke.

Bei der '''0,4 mm-Düse''' zeigen sich stabile Ergebnisse mit nur geringen Abweichungen. Die Zylinderdurchmesser liegen im Schnitt leicht über dem Sollwert, bewegen sich aber im akzeptablen Bereich (z. B. 2,95 mm statt 3 mm). Brücken und Höhen wurden ebenso zuverlässig realisiert. Wandstrukturen von 1,0 mm wurden exakt gedruckt. Insgesamt bietet die 0,4 mm-Düse eine gute Balance zwischen Genauigkeit und praktischer Druckzeit, wodurch sie sich als universeller Kompromiss eignet.

Die '''0,6 mm-Düse''' beginnt sichtbar von den Sollwerten abzuweichen. Zylinderdurchmesser steigen hier systematisch an – z. B. 2,2 mm statt 2,0 mm – was auf Überextrusion bei feinen Elementen hindeutet. Auch die Brückenergebnisse zeigen leichte Einbußen: Die Spannweite von 10 mm wurde mit 4,6 mm statt 5,0 mm unter dem Zielmaß gedruckt. Die Wandstärken hingegen wurden zu dick realisiert (1,4 mm statt 1,0 mm). Dies deutet darauf hin, dass Details zunehmend verwaschen erscheinen, die Düse aber in groben Strukturen weiterhin leistungsfähig bleibt.

Am deutlichsten fallen die Abweichungen bei der '''0,8 mm-Düse''' aus. Besonders bei kleinen Zylindern treten starke Maßüberschreitungen auf, mit teils 30 % Abweichung (z. B. 2,6 mm statt 2,0 mm). Auch die Wanddicken wurden zu groß wiedergegeben (1,4–1,8 mm statt 1,0–1,6 mm). Brücken waren zwar noch annähernd in Toleranz, aber das Ergebnis zeigt: Für feine Strukturen ist diese Düsengröße ungeeignet. Die Druckqualität genügt funktionalen Anforderungen, versagt aber bei geometrisch anspruchsvollen Details.

Insgesamt lässt sich festhalten: Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigt die Neigung zu Überextrusion und Formungenauigkeit. Besonders filigrane Strukturen leiden unter dieser Wirkung. Die 0,2 mm-Düse bietet die größte Präzision, die 0,4 mm-Düse die beste Praxistauglichkeit, während die 0,8 mm-Düse primär für großvolumige und weniger detailkritische Bauteile geeignet ist.

{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Testmodell F.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell C.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell G.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell H.jpg|200px]]
|-
| '''0,2 mm Düse''' || '''0,4 mm Düse''' || '''0,6 mm Düse''' || '''0,8 mm Düse'''
|}

= Fazit =

Die Untersuchung zum Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser im FDM-3D-Druck verdeutlicht, dass die Wahl des Düsendurchmessers maßgeblich über die Qualität und Effizienz des Druckergebnisses entscheidet. Je nach Anforderung an Maßhaltigkeit, Detailtreue, Oberflächenqualität und Fertigungszeit ergibt sich ein differenziertes Bild, das keine pauschale Empfehlung erlaubt, sondern eine gezielte Auswahl erfordert.

Die feinste untersuchte Düse mit '''0,2 mm''' erzielte in nahezu allen getesteten Kriterien die besten Resultate. Sie lieferte eine exzellente Maßhaltigkeit, detailreiche und glatte Oberflächen sowie eine besonders präzise Wiedergabe von feinen Strukturen. Gerade filigrane Schriftzüge und komplexe Geometrien konnten damit in hoher Qualität umgesetzt werden. Die Kehrseite dieser hohen Präzision ist jedoch eine deutlich verlängerte Druckzeit von bis zu '''2 Stunden und 40 Minuten''' für das Testobjekt. In vielen praktischen Anwendungen – etwa im Prototypenbau mit häufigen Iterationen – ist diese lange Fertigungsdauer ein nicht zu vernachlässigender Nachteil.

Die '''0,4 mm-Düse''' stellte im Versuch den besten Kompromiss zwischen Qualität und Effizienz dar. Die Modelle wiesen eine gute Maßhaltigkeit und Detailwiedergabe auf, bei gleichzeitig akzeptabler Druckzeit von '''1 Stunde und 33 Minuten'''. Diese Düsengröße bietet sich besonders dann an, wenn eine gewisse optische Qualität gefordert ist, der Zeitaufwand jedoch begrenzt bleiben soll. In der Praxis ist sie daher häufig der Standard für viele FDM-Anwendungen.

Mit der '''0,6 mm-Düse''' wurde ein Übergang in Richtung gröberer Druckqualität sichtbar. Zwar blieb die Maßhaltigkeit bei größeren Geometrien noch akzeptabel, bei feinen Strukturen und Detailbereichen zeigten sich jedoch vermehrt Unschärfen, Materialanhäufungen und ein Verlust an Lesbarkeit kleiner Schriftzüge. Auch die Brückenqualität verschlechterte sich leicht. Die Druckzeit reduzierte sich auf '''1 Stunde und 10 Minuten''', was den Einsatz für robuste, weniger fein strukturierte Bauteile rechtfertigen kann – etwa im funktionalen Prototyping oder für großflächige Gehäuse.

Die '''0,8 mm-Düse''' schließlich zeigte die deutlichsten Schwächen im Detailbereich. Maßabweichungen, insbesondere bei kleinen Durchmessern und dünnen Wänden, lagen deutlich über dem Sollwert. Auch die Oberflächenqualität verschlechterte sich spürbar, was sich besonders in Form von sichtbaren Schichtlinien und ausgeprägtem „Stringing“ äußerte. Dafür lag die Druckzeit mit nur '''55 Minuten''' weit unter allen anderen getesteten Varianten. Für einfache, großvolumige Bauteile mit geringem Anspruch an Präzision kann diese Düsengröße dennoch sinnvoll eingesetzt werden.

Die nachfolgende Übersicht fasst die zentralen Bewertungsergebnisse der vier Düsendurchmesser zusammen:

{| class="wikitable" style="text-align: center;"
! Düsendurchmesser !! Detailtreue !! Maßhaltigkeit !! Oberflächenqualität !! Druckzeit
|-
| '''0,2 mm''' || ★★★★★ || ★★★★★ || ★★★★★ || ★☆☆☆☆
|-
| '''0,4 mm''' || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★☆☆☆
|-
| '''0,6 mm''' || ★★☆☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★★☆
|-
| '''0,8 mm''' || ★☆☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★★★★
|}

Insgesamt lässt sich festhalten: Eine kleinere Düse liefert die qualitativ hochwertigeren Ergebnisse, ist aber mit längerer Druckzeit verbunden. Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigen Effizienz und Materialdurchsatz, allerdings auf Kosten von Präzision und Detailtreue. Die Wahl des geeigneten Düsendurchmessers sollte daher stets in Abhängigkeit vom gewünschten Einsatzzweck und dem jeweiligen Qualitätsanspruch erfolgen.

== Literatur ==
<references>
<ref name="cadmodell">majda107: ''All In One 3D Printer test''. Veröffentlicht auf Thingiverse. Lizenz: [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ CC BY 4.0]. URL: https://www.thingiverse.com/thing:2656594 (Zugriff am: 09.05.2025).</ref>
</references>

Düsendurchmesser

2025-06-23T13:19:54Z

Simon Besl: /* Einstellungen im Slicer */

= Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität, Simon Besl, 09.05.2025 =

Die Auswahl des geeigneten Düsendurchmessers ist ein zentraler Faktor im FDM-3D-Druck, da er direkt Einfluss auf Druckzeit, Maßhaltigkeit, Detailgenauigkeit und Oberflächenqualität nimmt. Während kleinere Düsen eine hohe Präzision bei feinen Geometrien ermöglichen, lassen sich mit größeren Düsen deutlich kürzere Druckzeiten erzielen – ein Aspekt, der insbesondere bei funktionalen Bauteilen oder der Kleinserienfertigung an Bedeutung gewinnt.

Ziel dieser Untersuchung war es daher, den Einfluss verschiedener Düsendurchmesser auf die resultierende Druckqualität systematisch zu analysieren. Im Mittelpunkt standen dabei Maßhaltigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Detailabbildung sowie das Verhalten bei Überhängen. Besonderes Interesse galt der Frage, ob sich mit größeren Düsen unter bestimmten Bedingungen sogar qualitative Vorteile erzielen lassen – beispielsweise durch bessere Schichtanbindung oder stabilere Druckverhältnisse bei komplexeren Strukturen.

Die Untersuchung wurde unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt und durch eine technische sowie subjektive Bewertung der Druckergebnisse ergänzt, um praxisrelevante Empfehlungen zur Wahl des Düsendurchmessers ableiten zu können.

__TOC__

== Testaufbau ==
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|250px|mini|rechts|Drucker für Düsenvergleich: Anycubic i3 Mega S]]
Die Versuche wurden auf einem '''Anycubic i3 Mega S''' durchgeführt. Der Drucker zählt zu den gängigen Einsteigermodellen im Bereich des FDM-Drucks und verfügt über ein offenes System, das manuelle Eingriffe wie den Austausch von Düsen unkompliziert ermöglicht. Eine automatische Nivellierfunktion ist nicht vorhanden, weshalb der Abstand zwischen Düse und Druckbett manuell eingestellt werden muss.

Als Slicer-Software wurde '''Cura (Version 5.10)''' verwendet. Cura ist die vom Hersteller empfohlene Software für diesen Drucker und bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche sowie direkte Einstellmöglichkeiten für den Düsendurchmesser. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' der Firma '''Extrudr''', ein biobasierter Werkstoff, der sich durch zuverlässige Druckeigenschaften und hohe Maßhaltigkeit auszeichnet. Es wurde bereits in vorherigen Arbeitspaketen erfolgreich eingesetzt.

Untersucht wurden vier verschiedene Düsendurchmesser: '''0,2 mm''', '''0,4 mm''', '''0,6 mm''' und '''0,8 mm'''. Zum Einsatz kamen dabei handelsübliche '''V6-Düsen''', die mit dem Hotend des Druckers kompatibel sind. Eine '''1,0 mm-Düse''' wurde nicht berücksichtigt, da sie in ersten Tests keine ausreichende Detailtreue erzielte und für die vorgesehenen Geometrien als ungeeignet eingeschätzt wurde.

Die Schichthöhe wurde einheitlich auf '''0,16 mm''' festgelegt. Dieser Wert stellt die größtmögliche empfohlene Schichtdicke für eine '''0,2 mm-Düse''' dar und sorgt gleichzeitig dafür, dass auch mit der '''0,8 mm-Düse''' noch ein stabiler Materialauftrag möglich ist. Auf diese Weise konnte ein einheitlicher Vergleich der verschiedenen Düsendurchmesser gewährleistet werden, ohne die jeweilige Düse über ihre praxisgerechten Grenzen hinaus zu belasten. Weitere relevante Druckparameter wie Düsentemperatur, Druckbett-Temperatur, Kühlverhalten und Bewegungsgeschwindigkeit wurden über alle Versuche hinweg konstant gehalten. Die konkreten Einstellungen orientierten sich an den auf der Projekt-Wikiseite '''[[Optimierung Druckparameter]]''' dokumentierten Werten, die im Rahmen einer separaten Untersuchung als besonders druckstabil identifiziert wurden.

== Beschreibung des Testobjekts ==
[[Datei:Testmodell.png|250px|mini|Testmodell für Düsenvergleich<ref name="cadmodell" />]]
Zur Bewertung der Auswirkungen unterschiedlicher Düsendurchmesser wurde ein eigenes Testobjekt konstruiert. Ziel war es, möglichst viele drucktechnisch relevante Merkmale in kompakter Form zu vereinen, um Unterschiede hinsichtlich Maßhaltigkeit, Detailtreue, Überhangverhalten und Oberflächenqualität erfassen zu können.

Das Testmodell besteht aus mehreren Bereichen mit gezielten Herausforderungen für den 3D-Druck. Dazu zählen freistehende Überhänge mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, feine Schriftzüge, definierte Wandstärken sowie rechteckige Geometrien mit bekannten Sollmaßen zur späteren Vermessung. Darüber hinaus wurden glatte sowie geneigte Oberflächen eingebaut, um mögliche Unterschiede in der Sichtbarkeit der Schichtlinien zu dokumentieren. Auch schmale Finnen und freitragende Brücken wurden integriert, um die Detailwiedergabe und das Verhalten bei ungestütztem Materialauftrag zu bewerten.

Das Objekt wurde so dimensioniert, dass es mit allen gewählten Düsendurchmessern innerhalb sinnvoller Druckzeiten und ohne Skalierung gefertigt werden konnte. Es wurde mit identischen Slicereinstellungen verarbeitet, wobei jeweils nur der Düsendurchmesser angepasst wurde.

== Einstellungen im Slicer ==
Die Einstellung des Düsendurchmessers im Slicer ist entscheidend, da sie zahlreiche druckrelevante Parameter wie Linienbreite, Flussrate und Extrusionsmenge beeinflusst. Je nach verwendeter Slicer-Software unterscheidet sich die Vorgehensweise deutlich.

In '''Cura''' lässt sich der Düsendurchmesser direkt über die Druckerkonfiguration festlegen:
''Drucker verwalten → Geräteeinstellungen → Extruder 1''.
Dieser direkte Zugriff erleichtert den Vergleich und reduziert das Risiko unbeabsichtigter Abweichungen bei zusammenhängenden Parametern.

In '''OrcaSlicer''' und '''PrusaSlicer''' gibt es hingegen keine separate Einstellung für den Düsendurchmesser. Stattdessen muss die Linienbreite manuell angepasst werden.
Im OrcaSlicer befinden sich die relevanten Optionen im Reiter ''Qualität'' → ''Breite der Linie'', im PrusaSlicer unter ''Druckereinstellungen'' → ''Erweitert''.

Für die vorliegende Untersuchung wurde '''Cura''' verwendet, da die Umstellung dort besonders benutzerfreundlich und eindeutig erfolgt. So konnte die Vergleichbarkeit der Drucke sichergestellt werden.
{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Cura Düsengrößeinstellung 2.png|300px]]
| [[Datei:Orca Linienbreiteeinstellungen.png|240px]]
| [[Datei:Prusa Düseneinstellung 2.png|450px]]
|-
| '''Cura''': Fenster zur Linienbreiteneinstellung
| '''OrcaSlicer''': Reiter zur Linienbreiteneinstellung
| '''PrusaSlicer''': Fenster zur Linienbreiteneinstellungen
|}

== Schwierigkeiten ==
[[Datei:Haftungsproblem erste Schicht.jpg|mini|Haftungsprobleme der ersten Schicht]]
Im Verlauf der Untersuchung zeigten sich einige technische Herausforderungen bei der Umstellung auf größere Düsendurchmesser, selbst bei Verwendung eines Slicers mit direkter Düsenkonfiguration wie '''Cura'''. Zwar lassen sich die grundlegenden Parameter in der Software problemlos anpassen, jedoch erwiesen sich die automatisch generierten Voreinstellungen nicht in allen Fällen als praxistauglich.

Insbesondere die Flusseinstellungen mussten für bestimmte Düsengrößen manuell nachjustiert werden. So war es beispielsweise erforderlich, den Filamentfluss für die erste Schicht auf '''120 %''' zu erhöhen. Andernfalls kam es bei großen Düsen zu unzureichender Materialförderung in der Anfangsphase, wodurch das Filament nicht ausreichend auf der Druckplatte haftete und stattdessen unkontrolliert über die Oberfläche gezogen wurde.

Darüber hinaus stellte sich die Kombination aus großem Düsendurchmesser, hohem Materialvorschub und den vergleichsweise hohen Verarbeitungstemperaturen von '''PETG''' als problematisch für das Heizsystem des Druckkopfs heraus. Bei der '''0,8 mm-Düse''' war die Heizleistung in einigen Fällen nicht mehr ausreichend, um den Sollwert des Drucks aufrechtzuerhalten, sodass der Druckvorgang mit einer Sensorfehlermeldung abgebrochen wurde.

== Untersuchung der Fehlerursachen ==
[[Datei:Verbesserung durch Schichtdicke verringern.jpg|mini|Leichtes Herabdrücken des Druckkopfs sorgte für Verbesserung (linke Bildhälfte)]]
Ein zentrales Problem, das zu Beginn der Versuchsreihe auftrat, war eine unzureichende Haftung der ersten Schicht auf dem Druckbett. Ursprünglich wurde dies als typisches Haftungsproblem interpretiert. Im weiteren Verlauf zeigte sich jedoch, dass die Ursache vielmehr in einem zu geringen Materialfluss lag – insbesondere bei der ersten Lage. Dieser unzureichende Fluss ließ sich auf suboptimale Slicer-Voreinstellungen zurückführen, die bei größeren Düsendurchmessern nicht automatisch angepasst wurden. Durch manuelle Erhöhung des Flusses für die erste Schicht konnte das Problem weitgehend behoben werden.

Das Problem wurde unter anderem durch eine einfache Beobachtung entdeckt: Ein leichtes manuelles Herunterdrücken des Druckkopfs während der ersten Druckbahn führte unmittelbar zu einer Verbesserung des Druckergebnisses. Die verringerte Schichtdicke erhöhte den Auflagedruck, ohne den Filamentfluss zu verändern – ein Hinweis auf einen zu großen Abstand zwischen Düse und Druckbett.

Im Zuge der Fehlersuche wurde eine weitere mögliche Ursache untersucht: ein zu großer Abstand zwischen Düse und Druckbett. Da der verwendete Drucker über keine automatische Nivellierung verfügt, kommt der mechanischen Justierung eine entscheidende Bedeutung zu. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Fertigungstoleranzen bei der Länge der eingesetzten Düsen zu inkonsistenten Abständen führen könnten – insbesondere bei einem Düsenwechsel.

Zur Verifikation wurden mehrere Düsen desselben Typs vermessen. Innerhalb der jeweils drei getesteten Exemplare pro Düsendurchmesser traten zwar nur geringe Unterschiede auf, jedoch unterschieden sich die Nennlängen der verschiedenen Düsengrößen teils deutlich. Während die '''0,2 mm-Düse''' das Sollmaß von '''12,50 mm''' nahezu exakt einhielt, wichen andere um bis zu '''±0,060 mm''' ab. Bei einer eingestellten Schichtdicke von '''0,16 mm''' entspricht dies bereits einer Abweichung von rund '''37,5 %''', was sich unmittelbar auf die Haftung und das Druckbild der ersten Schicht auswirkte.

Da diese Abweichung vom Drucker nicht automatisch kompensiert werden konnte, musste nach jedem Düsenwechsel eine manuelle Kalibrierung der Z-Achse vorgenommen werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurde zwischen subjektiven und objektiven Bewertungsmethoden unterschieden. Während die subjektive Bewertung durch eine Laienumfrage sowie eine eigene Einschätzung erfolgte, wurden für die objektive Analyse konkrete Messungen und technische Kriterien herangezogen.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===

Zur Erfassung des optischen Gesamteindrucks der Drucke durch möglichst ungeschulte Personen wurde eine anonyme digitale Umfrage mit insgesamt acht verschiedenen Modellen durchgeführt. Ziel war es, eine realitätsnahe Einschätzung der wahrgenommenen Druckqualität zu erhalten, wie sie in einer typischen Kundensituation entstehen könnte, in der ein Bauteil von einem Zulieferer empfangen und rein visuell und haptisch beurteilt wird.
[[Datei:Umfrageergebnis Düsenvergleich.png|mini|400px|Ergebnis der Laienumfrage bezüglich der Druckqualität]]
Die Teilnehmenden wurden gebeten, die Qualität der vorgelegten Modelle auf einer Skala von ''1 (sehr schlecht)'' bis ''10 (sehr gut)'' zu bewerten.

Die Umfrage beschränkte sich bewusst auf eine einzige Frage pro Modell. In vorherigen Testläufen hatte sich gezeigt, dass eine detailliertere Beurteilung einzelner Qualitätsaspekte wie Maßhaltigkeit, Oberflächenglätte oder Detailtreue durch Laien häufig zu unsicheren oder wenig aussagekräftigen Antworten führte. Eine zusammenfassende Gesamtbewertung erwies sich dagegen als verständlich und zuverlässig.

Die Ergebnisse der Laienumfrage verdeutlichen einen klaren Zusammenhang zwischen dem verwendeten Düsendurchmesser und der subjektiv wahrgenommenen Druckqualität. Am besten schnitt die feinste untersuchte Düse mit 0,2 mm ab, die mit einem Durchschnittswert von 8,7 deutlich vor allen anderen Varianten lag. Am unteren Ende der Skala befand sich die 0,8 mm-Düse, die lediglich mit 2,9 bewertet wurde. Diese große Differenz deutet darauf hin, dass insbesondere eine feine Detailwiedergabe und glatte Oberflächen von ungeschulten Betrachtern als qualitativ hochwertig eingeschätzt werden.
Auch zwischen den mittleren Düsendurchmessern von 0,4 mm (5,1) und 0,6 mm (4,8) zeigen sich Unterschiede in der Bewertung, wenn auch weniger deutlich.

Allerdings ist dieser Qualitätsgewinn mit einem erheblichen Anstieg der Druckzeit verbunden. Während das Testobjekt mit der 0,8 mm-Düse bereits nach 55 Minuten fertiggestellt ist, verlängert sich die Druckzeit bei der 0,6 mm-Düse auf 1 Stunde und 10 Minuten und bei der 0,4 mm-Düse auf 1 Stunde und 33 Minuten. Am längsten dauert der Druck mit der 0,2 mm-Düse, der mit 2 Stunden und 40 Minuten mehr als doppelt so lange benötigt. Wer auf maximale optische Qualität setzt, muss also einen deutlichen Kompromiss in Form längerer Fertigungszeiten eingehen.

=== Eigene Einschätzung ===
Bei der eigenen Bewertung der Druckqualität wurden verschiedene technische und visuelle Merkmale der Modelle herangezogen. Besonderes Augenmerk galt der Sauberkeit der Drucke, dem Auftreten unerwünschter Materialanhaftungen (wie „Blobs“ oder „Zits“), der Qualität freitragender Brücken sowie der Lesbarkeit feiner Schriftzüge.

Die feinste Düse zeigte insgesamt das sauberste Druckbild. Konturen waren klar erkennbar, die Oberflächen wirkten gleichmäßig, und filigrane Details – insbesondere kleine Schriftzüge – wurden präzise dargestellt. Zudem traten kaum störende Nebeneffekte wie Fädenbildung oder Materialüberschuss auf.

Mit zunehmendem Düsendurchmesser wurde das Druckbild sichtbar gröber. Zwar gelang die Überhanggeometrie bei allen Varianten gut, jedoch zeigten sich bei größeren Düsen häufiger kleine Unregelmäßigkeiten wie Fäden oder Materialanhäufungen. Feine Strukturen wurden nicht mehr so scharf wiedergegeben, und in einigen Fällen war die Schrift nur noch schwer oder gar nicht mehr lesbar.

Auch bei mittleren Düsendurchmessern gab es qualitative Unterschiede. Einige Modelle wiesen eine insgesamt gute Druckqualität auf, zeigten jedoch leichte Schwächen bei Detailauflösung oder Gleichmäßigkeit der Oberfläche. Andere hingegen offenbarten deutliche Druckfehler, etwa durch ungleichmäßige Extrusion oder unsaubere Kanten.

Insgesamt bestätigte sich der Eindruck, dass kleinere Düsendurchmesser für qualitativ hochwertige und detailreiche Drucke besser geeignet sind, während größere Düsen eher funktionale, aber optisch weniger präzise Ergebnisse liefern. Auffällig war zudem, dass eine dickere Düse offenbar stärker zu Stringing neigt, was sich negativ auf den Gesamteindruck auswirkte.

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Druckqualität wurden ausgewählte Geometrien des Testmodells vermessen. Ziel war es, die Maßhaltigkeit verschiedener Düsendurchmesser unabhängig von subjektiven Einflüssen zu beurteilen. Analysiert wurden Zylinderdurchmesser (2–5 mm), Höhen, freitragende Brücken (5–15 mm Spannweite) sowie dünne Wandstrukturen.

Die '''0,2 mm-Düse''' zeigt durchweg die höchste Präzision. Die Zylinderdurchmesser liegen maximal +0,05 mm über dem Sollwert, was in Anbetracht der Drucktechnik ein sehr gutes Ergebnis darstellt. Auch die Höhenabweichung ist mit nur +0,05 mm nahezu vernachlässigbar. Brückenkonstruktionen wurden selbst bei 15 mm Spannweite mit hoher Maßhaltigkeit gedruckt, und feine Wände von 1,0 mm wurden exakt wiedergegeben. Diese Ergebnisse spiegeln die hohe Auflösung und feine Linienführung der 0,2 mm-Düse wider – ideal für detaillierte Drucke.

Bei der '''0,4 mm-Düse''' zeigen sich stabile Ergebnisse mit nur geringen Abweichungen. Die Zylinderdurchmesser liegen im Schnitt leicht über dem Sollwert, bewegen sich aber im akzeptablen Bereich (z. B. 2,95 mm statt 3 mm). Brücken und Höhen wurden ebenso zuverlässig realisiert. Wandstrukturen von 1,0 mm wurden exakt gedruckt. Insgesamt bietet die 0,4 mm-Düse eine gute Balance zwischen Genauigkeit und praktischer Druckzeit, wodurch sie sich als universeller Kompromiss eignet.

Die '''0,6 mm-Düse''' beginnt sichtbar von den Sollwerten abzuweichen. Zylinderdurchmesser steigen hier systematisch an – z. B. 2,2 mm statt 2,0 mm – was auf Überextrusion bei feinen Elementen hindeutet. Auch die Brückenergebnisse zeigen leichte Einbußen: Die Spannweite von 10 mm wurde mit 4,6 mm statt 5,0 mm unter dem Zielmaß gedruckt. Die Wandstärken hingegen wurden zu dick realisiert (1,4 mm statt 1,0 mm). Dies deutet darauf hin, dass Details zunehmend verwaschen erscheinen, die Düse aber in groben Strukturen weiterhin leistungsfähig bleibt.

Am deutlichsten fallen die Abweichungen bei der '''0,8 mm-Düse''' aus. Besonders bei kleinen Zylindern treten starke Maßüberschreitungen auf, mit teils 30 % Abweichung (z. B. 2,6 mm statt 2,0 mm). Auch die Wanddicken wurden zu groß wiedergegeben (1,4–1,8 mm statt 1,0–1,6 mm). Brücken waren zwar noch annähernd in Toleranz, aber das Ergebnis zeigt: Für feine Strukturen ist diese Düsengröße ungeeignet. Die Druckqualität genügt funktionalen Anforderungen, versagt aber bei geometrisch anspruchsvollen Details.

Insgesamt lässt sich festhalten: Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigt die Neigung zu Überextrusion und Formungenauigkeit. Besonders filigrane Strukturen leiden unter dieser Wirkung. Die 0,2 mm-Düse bietet die größte Präzision, die 0,4 mm-Düse die beste Praxistauglichkeit, während die 0,8 mm-Düse primär für großvolumige und weniger detailkritische Bauteile geeignet ist.

{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Testmodell F.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell C.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell G.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell H.jpg|200px]]
|-
| '''0,2 mm Düse''' || '''0,4 mm Düse''' || '''0,6 mm Düse''' || '''0,8 mm Düse'''
|}

= Fazit =

Die Untersuchung zum Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser im FDM-3D-Druck verdeutlicht, dass die Wahl des Düsendurchmessers maßgeblich über die Qualität und Effizienz des Druckergebnisses entscheidet. Je nach Anforderung an Maßhaltigkeit, Detailtreue, Oberflächenqualität und Fertigungszeit ergibt sich ein differenziertes Bild, das keine pauschale Empfehlung erlaubt, sondern eine gezielte Auswahl erfordert.

Die feinste untersuchte Düse mit '''0,2 mm''' erzielte in nahezu allen getesteten Kriterien die besten Resultate. Sie lieferte eine exzellente Maßhaltigkeit, detailreiche und glatte Oberflächen sowie eine besonders präzise Wiedergabe von feinen Strukturen. Gerade filigrane Schriftzüge und komplexe Geometrien konnten damit in hoher Qualität umgesetzt werden. Die Kehrseite dieser hohen Präzision ist jedoch eine deutlich verlängerte Druckzeit von bis zu '''2 Stunden und 40 Minuten''' für das Testobjekt. In vielen praktischen Anwendungen – etwa im Prototypenbau mit häufigen Iterationen – ist diese lange Fertigungsdauer ein nicht zu vernachlässigender Nachteil.

Die '''0,4 mm-Düse''' stellte im Versuch den besten Kompromiss zwischen Qualität und Effizienz dar. Die Modelle wiesen eine gute Maßhaltigkeit und Detailwiedergabe auf, bei gleichzeitig akzeptabler Druckzeit von '''1 Stunde und 33 Minuten'''. Diese Düsengröße bietet sich besonders dann an, wenn eine gewisse optische Qualität gefordert ist, der Zeitaufwand jedoch begrenzt bleiben soll. In der Praxis ist sie daher häufig der Standard für viele FDM-Anwendungen.

Mit der '''0,6 mm-Düse''' wurde ein Übergang in Richtung gröberer Druckqualität sichtbar. Zwar blieb die Maßhaltigkeit bei größeren Geometrien noch akzeptabel, bei feinen Strukturen und Detailbereichen zeigten sich jedoch vermehrt Unschärfen, Materialanhäufungen und ein Verlust an Lesbarkeit kleiner Schriftzüge. Auch die Brückenqualität verschlechterte sich leicht. Die Druckzeit reduzierte sich auf '''1 Stunde und 10 Minuten''', was den Einsatz für robuste, weniger fein strukturierte Bauteile rechtfertigen kann – etwa im funktionalen Prototyping oder für großflächige Gehäuse.

Die '''0,8 mm-Düse''' schließlich zeigte die deutlichsten Schwächen im Detailbereich. Maßabweichungen, insbesondere bei kleinen Durchmessern und dünnen Wänden, lagen deutlich über dem Sollwert. Auch die Oberflächenqualität verschlechterte sich spürbar, was sich besonders in Form von sichtbaren Schichtlinien und ausgeprägtem „Stringing“ äußerte. Dafür lag die Druckzeit mit nur '''55 Minuten''' weit unter allen anderen getesteten Varianten. Für einfache, großvolumige Bauteile mit geringem Anspruch an Präzision kann diese Düsengröße dennoch sinnvoll eingesetzt werden.

Die nachfolgende Übersicht fasst die zentralen Bewertungsergebnisse der vier Düsendurchmesser zusammen:

{| class="wikitable" style="text-align: center;"
! Düsendurchmesser !! Detailtreue !! Maßhaltigkeit !! Oberflächenqualität !! Druckzeit
|-
| '''0,2 mm''' || ★★★★★ || ★★★★★ || ★★★★★ || ★☆☆☆☆
|-
| '''0,4 mm''' || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★☆☆☆
|-
| '''0,6 mm''' || ★★☆☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★★☆
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| '''0,8 mm''' || ★☆☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★★★★
|}

Insgesamt lässt sich festhalten: Eine kleinere Düse liefert die qualitativ hochwertigeren Ergebnisse, ist aber mit längerer Druckzeit verbunden. Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigen Effizienz und Materialdurchsatz, allerdings auf Kosten von Präzision und Detailtreue. Die Wahl des geeigneten Düsendurchmessers sollte daher stets in Abhängigkeit vom gewünschten Einsatzzweck und dem jeweiligen Qualitätsanspruch erfolgen.

== Literatur ==
<references>
<ref name="cadmodell">majda107: ''All In One 3D Printer test''. Veröffentlicht auf Thingiverse. Lizenz: [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ CC BY 4.0]. URL: https://www.thingiverse.com/thing:2656594 (Zugriff am: 09.05.2025).</ref>
</references>

Datei:Cura Düsengrößeinstellung 2.png

2025-06-23T13:19:19Z

Simon Besl:

Cura Linienbreiteneinstellung 2

Düsendurchmesser

2025-06-23T13:10:27Z

Simon Besl: /* Einstellungen im Slicer */

= Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität, Simon Besl, 09.05.2025 =

Die Auswahl des geeigneten Düsendurchmessers ist ein zentraler Faktor im FDM-3D-Druck, da er direkt Einfluss auf Druckzeit, Maßhaltigkeit, Detailgenauigkeit und Oberflächenqualität nimmt. Während kleinere Düsen eine hohe Präzision bei feinen Geometrien ermöglichen, lassen sich mit größeren Düsen deutlich kürzere Druckzeiten erzielen – ein Aspekt, der insbesondere bei funktionalen Bauteilen oder der Kleinserienfertigung an Bedeutung gewinnt.

Ziel dieser Untersuchung war es daher, den Einfluss verschiedener Düsendurchmesser auf die resultierende Druckqualität systematisch zu analysieren. Im Mittelpunkt standen dabei Maßhaltigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Detailabbildung sowie das Verhalten bei Überhängen. Besonderes Interesse galt der Frage, ob sich mit größeren Düsen unter bestimmten Bedingungen sogar qualitative Vorteile erzielen lassen – beispielsweise durch bessere Schichtanbindung oder stabilere Druckverhältnisse bei komplexeren Strukturen.

Die Untersuchung wurde unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt und durch eine technische sowie subjektive Bewertung der Druckergebnisse ergänzt, um praxisrelevante Empfehlungen zur Wahl des Düsendurchmessers ableiten zu können.

__TOC__

== Testaufbau ==
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|250px|mini|rechts|Drucker für Düsenvergleich: Anycubic i3 Mega S]]
Die Versuche wurden auf einem '''Anycubic i3 Mega S''' durchgeführt. Der Drucker zählt zu den gängigen Einsteigermodellen im Bereich des FDM-Drucks und verfügt über ein offenes System, das manuelle Eingriffe wie den Austausch von Düsen unkompliziert ermöglicht. Eine automatische Nivellierfunktion ist nicht vorhanden, weshalb der Abstand zwischen Düse und Druckbett manuell eingestellt werden muss.

Als Slicer-Software wurde '''Cura (Version 5.10)''' verwendet. Cura ist die vom Hersteller empfohlene Software für diesen Drucker und bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche sowie direkte Einstellmöglichkeiten für den Düsendurchmesser. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' der Firma '''Extrudr''', ein biobasierter Werkstoff, der sich durch zuverlässige Druckeigenschaften und hohe Maßhaltigkeit auszeichnet. Es wurde bereits in vorherigen Arbeitspaketen erfolgreich eingesetzt.

Untersucht wurden vier verschiedene Düsendurchmesser: '''0,2 mm''', '''0,4 mm''', '''0,6 mm''' und '''0,8 mm'''. Zum Einsatz kamen dabei handelsübliche '''V6-Düsen''', die mit dem Hotend des Druckers kompatibel sind. Eine '''1,0 mm-Düse''' wurde nicht berücksichtigt, da sie in ersten Tests keine ausreichende Detailtreue erzielte und für die vorgesehenen Geometrien als ungeeignet eingeschätzt wurde.

Die Schichthöhe wurde einheitlich auf '''0,16 mm''' festgelegt. Dieser Wert stellt die größtmögliche empfohlene Schichtdicke für eine '''0,2 mm-Düse''' dar und sorgt gleichzeitig dafür, dass auch mit der '''0,8 mm-Düse''' noch ein stabiler Materialauftrag möglich ist. Auf diese Weise konnte ein einheitlicher Vergleich der verschiedenen Düsendurchmesser gewährleistet werden, ohne die jeweilige Düse über ihre praxisgerechten Grenzen hinaus zu belasten. Weitere relevante Druckparameter wie Düsentemperatur, Druckbett-Temperatur, Kühlverhalten und Bewegungsgeschwindigkeit wurden über alle Versuche hinweg konstant gehalten. Die konkreten Einstellungen orientierten sich an den auf der Projekt-Wikiseite '''[[Optimierung Druckparameter]]''' dokumentierten Werten, die im Rahmen einer separaten Untersuchung als besonders druckstabil identifiziert wurden.

== Beschreibung des Testobjekts ==
[[Datei:Testmodell.png|250px|mini|Testmodell für Düsenvergleich<ref name="cadmodell" />]]
Zur Bewertung der Auswirkungen unterschiedlicher Düsendurchmesser wurde ein eigenes Testobjekt konstruiert. Ziel war es, möglichst viele drucktechnisch relevante Merkmale in kompakter Form zu vereinen, um Unterschiede hinsichtlich Maßhaltigkeit, Detailtreue, Überhangverhalten und Oberflächenqualität erfassen zu können.

Das Testmodell besteht aus mehreren Bereichen mit gezielten Herausforderungen für den 3D-Druck. Dazu zählen freistehende Überhänge mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, feine Schriftzüge, definierte Wandstärken sowie rechteckige Geometrien mit bekannten Sollmaßen zur späteren Vermessung. Darüber hinaus wurden glatte sowie geneigte Oberflächen eingebaut, um mögliche Unterschiede in der Sichtbarkeit der Schichtlinien zu dokumentieren. Auch schmale Finnen und freitragende Brücken wurden integriert, um die Detailwiedergabe und das Verhalten bei ungestütztem Materialauftrag zu bewerten.

Das Objekt wurde so dimensioniert, dass es mit allen gewählten Düsendurchmessern innerhalb sinnvoller Druckzeiten und ohne Skalierung gefertigt werden konnte. Es wurde mit identischen Slicereinstellungen verarbeitet, wobei jeweils nur der Düsendurchmesser angepasst wurde.

== Einstellungen im Slicer ==
Die Einstellung des Düsendurchmessers im Slicer ist entscheidend, da sie zahlreiche druckrelevante Parameter wie Linienbreite, Flussrate und Extrusionsmenge beeinflusst. Je nach verwendeter Slicer-Software unterscheidet sich die Vorgehensweise deutlich.

In '''Cura''' lässt sich der Düsendurchmesser direkt über die Druckerkonfiguration festlegen:
''Drucker verwalten → Geräteeinstellungen → Extruder 1''.
Dieser direkte Zugriff erleichtert den Vergleich und reduziert das Risiko unbeabsichtigter Abweichungen bei zusammenhängenden Parametern.

In '''OrcaSlicer''' und '''PrusaSlicer''' gibt es hingegen keine separate Einstellung für den Düsendurchmesser. Stattdessen muss die Linienbreite manuell angepasst werden.
Im OrcaSlicer befinden sich die relevanten Optionen im Reiter ''Qualität'' → ''Breite der Linie'', im PrusaSlicer unter ''Druckereinstellungen'' → ''Erweitert''.

Für die vorliegende Untersuchung wurde '''Cura''' verwendet, da die Umstellung dort besonders benutzerfreundlich und eindeutig erfolgt. So konnte die Vergleichbarkeit der Drucke sichergestellt werden.
{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Cura Düsengrößeinstellung.png|300px]]
| [[Datei:Orca Linienbreiteeinstellungen.png|240px]]
| [[Datei:Prusa Düseneinstellung 2.png|450px]]
|-
| '''Cura''': Fenster zur Düsendurchmessereinstellung
| '''OrcaSlicer''': Reiter zur Linienbreiteneinstellung
| '''PrusaSlicer''': Fenster zur Linienbreiteneinstellungen
|}

== Schwierigkeiten ==
[[Datei:Haftungsproblem erste Schicht.jpg|mini|Haftungsprobleme der ersten Schicht]]
Im Verlauf der Untersuchung zeigten sich einige technische Herausforderungen bei der Umstellung auf größere Düsendurchmesser, selbst bei Verwendung eines Slicers mit direkter Düsenkonfiguration wie '''Cura'''. Zwar lassen sich die grundlegenden Parameter in der Software problemlos anpassen, jedoch erwiesen sich die automatisch generierten Voreinstellungen nicht in allen Fällen als praxistauglich.

Insbesondere die Flusseinstellungen mussten für bestimmte Düsengrößen manuell nachjustiert werden. So war es beispielsweise erforderlich, den Filamentfluss für die erste Schicht auf '''120 %''' zu erhöhen. Andernfalls kam es bei großen Düsen zu unzureichender Materialförderung in der Anfangsphase, wodurch das Filament nicht ausreichend auf der Druckplatte haftete und stattdessen unkontrolliert über die Oberfläche gezogen wurde.

Darüber hinaus stellte sich die Kombination aus großem Düsendurchmesser, hohem Materialvorschub und den vergleichsweise hohen Verarbeitungstemperaturen von '''PETG''' als problematisch für das Heizsystem des Druckkopfs heraus. Bei der '''0,8 mm-Düse''' war die Heizleistung in einigen Fällen nicht mehr ausreichend, um den Sollwert des Drucks aufrechtzuerhalten, sodass der Druckvorgang mit einer Sensorfehlermeldung abgebrochen wurde.

== Untersuchung der Fehlerursachen ==
[[Datei:Verbesserung durch Schichtdicke verringern.jpg|mini|Leichtes Herabdrücken des Druckkopfs sorgte für Verbesserung (linke Bildhälfte)]]
Ein zentrales Problem, das zu Beginn der Versuchsreihe auftrat, war eine unzureichende Haftung der ersten Schicht auf dem Druckbett. Ursprünglich wurde dies als typisches Haftungsproblem interpretiert. Im weiteren Verlauf zeigte sich jedoch, dass die Ursache vielmehr in einem zu geringen Materialfluss lag – insbesondere bei der ersten Lage. Dieser unzureichende Fluss ließ sich auf suboptimale Slicer-Voreinstellungen zurückführen, die bei größeren Düsendurchmessern nicht automatisch angepasst wurden. Durch manuelle Erhöhung des Flusses für die erste Schicht konnte das Problem weitgehend behoben werden.

Das Problem wurde unter anderem durch eine einfache Beobachtung entdeckt: Ein leichtes manuelles Herunterdrücken des Druckkopfs während der ersten Druckbahn führte unmittelbar zu einer Verbesserung des Druckergebnisses. Die verringerte Schichtdicke erhöhte den Auflagedruck, ohne den Filamentfluss zu verändern – ein Hinweis auf einen zu großen Abstand zwischen Düse und Druckbett.

Im Zuge der Fehlersuche wurde eine weitere mögliche Ursache untersucht: ein zu großer Abstand zwischen Düse und Druckbett. Da der verwendete Drucker über keine automatische Nivellierung verfügt, kommt der mechanischen Justierung eine entscheidende Bedeutung zu. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Fertigungstoleranzen bei der Länge der eingesetzten Düsen zu inkonsistenten Abständen führen könnten – insbesondere bei einem Düsenwechsel.

Zur Verifikation wurden mehrere Düsen desselben Typs vermessen. Innerhalb der jeweils drei getesteten Exemplare pro Düsendurchmesser traten zwar nur geringe Unterschiede auf, jedoch unterschieden sich die Nennlängen der verschiedenen Düsengrößen teils deutlich. Während die '''0,2 mm-Düse''' das Sollmaß von '''12,50 mm''' nahezu exakt einhielt, wichen andere um bis zu '''±0,060 mm''' ab. Bei einer eingestellten Schichtdicke von '''0,16 mm''' entspricht dies bereits einer Abweichung von rund '''37,5 %''', was sich unmittelbar auf die Haftung und das Druckbild der ersten Schicht auswirkte.

Da diese Abweichung vom Drucker nicht automatisch kompensiert werden konnte, musste nach jedem Düsenwechsel eine manuelle Kalibrierung der Z-Achse vorgenommen werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurde zwischen subjektiven und objektiven Bewertungsmethoden unterschieden. Während die subjektive Bewertung durch eine Laienumfrage sowie eine eigene Einschätzung erfolgte, wurden für die objektive Analyse konkrete Messungen und technische Kriterien herangezogen.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===

Zur Erfassung des optischen Gesamteindrucks der Drucke durch möglichst ungeschulte Personen wurde eine anonyme digitale Umfrage mit insgesamt acht verschiedenen Modellen durchgeführt. Ziel war es, eine realitätsnahe Einschätzung der wahrgenommenen Druckqualität zu erhalten, wie sie in einer typischen Kundensituation entstehen könnte, in der ein Bauteil von einem Zulieferer empfangen und rein visuell und haptisch beurteilt wird.
[[Datei:Umfrageergebnis Düsenvergleich.png|mini|400px|Ergebnis der Laienumfrage bezüglich der Druckqualität]]
Die Teilnehmenden wurden gebeten, die Qualität der vorgelegten Modelle auf einer Skala von ''1 (sehr schlecht)'' bis ''10 (sehr gut)'' zu bewerten.

Die Umfrage beschränkte sich bewusst auf eine einzige Frage pro Modell. In vorherigen Testläufen hatte sich gezeigt, dass eine detailliertere Beurteilung einzelner Qualitätsaspekte wie Maßhaltigkeit, Oberflächenglätte oder Detailtreue durch Laien häufig zu unsicheren oder wenig aussagekräftigen Antworten führte. Eine zusammenfassende Gesamtbewertung erwies sich dagegen als verständlich und zuverlässig.

Die Ergebnisse der Laienumfrage verdeutlichen einen klaren Zusammenhang zwischen dem verwendeten Düsendurchmesser und der subjektiv wahrgenommenen Druckqualität. Am besten schnitt die feinste untersuchte Düse mit 0,2 mm ab, die mit einem Durchschnittswert von 8,7 deutlich vor allen anderen Varianten lag. Am unteren Ende der Skala befand sich die 0,8 mm-Düse, die lediglich mit 2,9 bewertet wurde. Diese große Differenz deutet darauf hin, dass insbesondere eine feine Detailwiedergabe und glatte Oberflächen von ungeschulten Betrachtern als qualitativ hochwertig eingeschätzt werden.
Auch zwischen den mittleren Düsendurchmessern von 0,4 mm (5,1) und 0,6 mm (4,8) zeigen sich Unterschiede in der Bewertung, wenn auch weniger deutlich.

Allerdings ist dieser Qualitätsgewinn mit einem erheblichen Anstieg der Druckzeit verbunden. Während das Testobjekt mit der 0,8 mm-Düse bereits nach 55 Minuten fertiggestellt ist, verlängert sich die Druckzeit bei der 0,6 mm-Düse auf 1 Stunde und 10 Minuten und bei der 0,4 mm-Düse auf 1 Stunde und 33 Minuten. Am längsten dauert der Druck mit der 0,2 mm-Düse, der mit 2 Stunden und 40 Minuten mehr als doppelt so lange benötigt. Wer auf maximale optische Qualität setzt, muss also einen deutlichen Kompromiss in Form längerer Fertigungszeiten eingehen.

=== Eigene Einschätzung ===
Bei der eigenen Bewertung der Druckqualität wurden verschiedene technische und visuelle Merkmale der Modelle herangezogen. Besonderes Augenmerk galt der Sauberkeit der Drucke, dem Auftreten unerwünschter Materialanhaftungen (wie „Blobs“ oder „Zits“), der Qualität freitragender Brücken sowie der Lesbarkeit feiner Schriftzüge.

Die feinste Düse zeigte insgesamt das sauberste Druckbild. Konturen waren klar erkennbar, die Oberflächen wirkten gleichmäßig, und filigrane Details – insbesondere kleine Schriftzüge – wurden präzise dargestellt. Zudem traten kaum störende Nebeneffekte wie Fädenbildung oder Materialüberschuss auf.

Mit zunehmendem Düsendurchmesser wurde das Druckbild sichtbar gröber. Zwar gelang die Überhanggeometrie bei allen Varianten gut, jedoch zeigten sich bei größeren Düsen häufiger kleine Unregelmäßigkeiten wie Fäden oder Materialanhäufungen. Feine Strukturen wurden nicht mehr so scharf wiedergegeben, und in einigen Fällen war die Schrift nur noch schwer oder gar nicht mehr lesbar.

Auch bei mittleren Düsendurchmessern gab es qualitative Unterschiede. Einige Modelle wiesen eine insgesamt gute Druckqualität auf, zeigten jedoch leichte Schwächen bei Detailauflösung oder Gleichmäßigkeit der Oberfläche. Andere hingegen offenbarten deutliche Druckfehler, etwa durch ungleichmäßige Extrusion oder unsaubere Kanten.

Insgesamt bestätigte sich der Eindruck, dass kleinere Düsendurchmesser für qualitativ hochwertige und detailreiche Drucke besser geeignet sind, während größere Düsen eher funktionale, aber optisch weniger präzise Ergebnisse liefern. Auffällig war zudem, dass eine dickere Düse offenbar stärker zu Stringing neigt, was sich negativ auf den Gesamteindruck auswirkte.

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Druckqualität wurden ausgewählte Geometrien des Testmodells vermessen. Ziel war es, die Maßhaltigkeit verschiedener Düsendurchmesser unabhängig von subjektiven Einflüssen zu beurteilen. Analysiert wurden Zylinderdurchmesser (2–5 mm), Höhen, freitragende Brücken (5–15 mm Spannweite) sowie dünne Wandstrukturen.

Die '''0,2 mm-Düse''' zeigt durchweg die höchste Präzision. Die Zylinderdurchmesser liegen maximal +0,05 mm über dem Sollwert, was in Anbetracht der Drucktechnik ein sehr gutes Ergebnis darstellt. Auch die Höhenabweichung ist mit nur +0,05 mm nahezu vernachlässigbar. Brückenkonstruktionen wurden selbst bei 15 mm Spannweite mit hoher Maßhaltigkeit gedruckt, und feine Wände von 1,0 mm wurden exakt wiedergegeben. Diese Ergebnisse spiegeln die hohe Auflösung und feine Linienführung der 0,2 mm-Düse wider – ideal für detaillierte Drucke.

Bei der '''0,4 mm-Düse''' zeigen sich stabile Ergebnisse mit nur geringen Abweichungen. Die Zylinderdurchmesser liegen im Schnitt leicht über dem Sollwert, bewegen sich aber im akzeptablen Bereich (z. B. 2,95 mm statt 3 mm). Brücken und Höhen wurden ebenso zuverlässig realisiert. Wandstrukturen von 1,0 mm wurden exakt gedruckt. Insgesamt bietet die 0,4 mm-Düse eine gute Balance zwischen Genauigkeit und praktischer Druckzeit, wodurch sie sich als universeller Kompromiss eignet.

Die '''0,6 mm-Düse''' beginnt sichtbar von den Sollwerten abzuweichen. Zylinderdurchmesser steigen hier systematisch an – z. B. 2,2 mm statt 2,0 mm – was auf Überextrusion bei feinen Elementen hindeutet. Auch die Brückenergebnisse zeigen leichte Einbußen: Die Spannweite von 10 mm wurde mit 4,6 mm statt 5,0 mm unter dem Zielmaß gedruckt. Die Wandstärken hingegen wurden zu dick realisiert (1,4 mm statt 1,0 mm). Dies deutet darauf hin, dass Details zunehmend verwaschen erscheinen, die Düse aber in groben Strukturen weiterhin leistungsfähig bleibt.

Am deutlichsten fallen die Abweichungen bei der '''0,8 mm-Düse''' aus. Besonders bei kleinen Zylindern treten starke Maßüberschreitungen auf, mit teils 30 % Abweichung (z. B. 2,6 mm statt 2,0 mm). Auch die Wanddicken wurden zu groß wiedergegeben (1,4–1,8 mm statt 1,0–1,6 mm). Brücken waren zwar noch annähernd in Toleranz, aber das Ergebnis zeigt: Für feine Strukturen ist diese Düsengröße ungeeignet. Die Druckqualität genügt funktionalen Anforderungen, versagt aber bei geometrisch anspruchsvollen Details.

Insgesamt lässt sich festhalten: Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigt die Neigung zu Überextrusion und Formungenauigkeit. Besonders filigrane Strukturen leiden unter dieser Wirkung. Die 0,2 mm-Düse bietet die größte Präzision, die 0,4 mm-Düse die beste Praxistauglichkeit, während die 0,8 mm-Düse primär für großvolumige und weniger detailkritische Bauteile geeignet ist.

{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Testmodell F.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell C.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell G.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell H.jpg|200px]]
|-
| '''0,2 mm Düse''' || '''0,4 mm Düse''' || '''0,6 mm Düse''' || '''0,8 mm Düse'''
|}

= Fazit =

Die Untersuchung zum Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser im FDM-3D-Druck verdeutlicht, dass die Wahl des Düsendurchmessers maßgeblich über die Qualität und Effizienz des Druckergebnisses entscheidet. Je nach Anforderung an Maßhaltigkeit, Detailtreue, Oberflächenqualität und Fertigungszeit ergibt sich ein differenziertes Bild, das keine pauschale Empfehlung erlaubt, sondern eine gezielte Auswahl erfordert.

Die feinste untersuchte Düse mit '''0,2 mm''' erzielte in nahezu allen getesteten Kriterien die besten Resultate. Sie lieferte eine exzellente Maßhaltigkeit, detailreiche und glatte Oberflächen sowie eine besonders präzise Wiedergabe von feinen Strukturen. Gerade filigrane Schriftzüge und komplexe Geometrien konnten damit in hoher Qualität umgesetzt werden. Die Kehrseite dieser hohen Präzision ist jedoch eine deutlich verlängerte Druckzeit von bis zu '''2 Stunden und 40 Minuten''' für das Testobjekt. In vielen praktischen Anwendungen – etwa im Prototypenbau mit häufigen Iterationen – ist diese lange Fertigungsdauer ein nicht zu vernachlässigender Nachteil.

Die '''0,4 mm-Düse''' stellte im Versuch den besten Kompromiss zwischen Qualität und Effizienz dar. Die Modelle wiesen eine gute Maßhaltigkeit und Detailwiedergabe auf, bei gleichzeitig akzeptabler Druckzeit von '''1 Stunde und 33 Minuten'''. Diese Düsengröße bietet sich besonders dann an, wenn eine gewisse optische Qualität gefordert ist, der Zeitaufwand jedoch begrenzt bleiben soll. In der Praxis ist sie daher häufig der Standard für viele FDM-Anwendungen.

Mit der '''0,6 mm-Düse''' wurde ein Übergang in Richtung gröberer Druckqualität sichtbar. Zwar blieb die Maßhaltigkeit bei größeren Geometrien noch akzeptabel, bei feinen Strukturen und Detailbereichen zeigten sich jedoch vermehrt Unschärfen, Materialanhäufungen und ein Verlust an Lesbarkeit kleiner Schriftzüge. Auch die Brückenqualität verschlechterte sich leicht. Die Druckzeit reduzierte sich auf '''1 Stunde und 10 Minuten''', was den Einsatz für robuste, weniger fein strukturierte Bauteile rechtfertigen kann – etwa im funktionalen Prototyping oder für großflächige Gehäuse.

Die '''0,8 mm-Düse''' schließlich zeigte die deutlichsten Schwächen im Detailbereich. Maßabweichungen, insbesondere bei kleinen Durchmessern und dünnen Wänden, lagen deutlich über dem Sollwert. Auch die Oberflächenqualität verschlechterte sich spürbar, was sich besonders in Form von sichtbaren Schichtlinien und ausgeprägtem „Stringing“ äußerte. Dafür lag die Druckzeit mit nur '''55 Minuten''' weit unter allen anderen getesteten Varianten. Für einfache, großvolumige Bauteile mit geringem Anspruch an Präzision kann diese Düsengröße dennoch sinnvoll eingesetzt werden.

Die nachfolgende Übersicht fasst die zentralen Bewertungsergebnisse der vier Düsendurchmesser zusammen:

{| class="wikitable" style="text-align: center;"
! Düsendurchmesser !! Detailtreue !! Maßhaltigkeit !! Oberflächenqualität !! Druckzeit
|-
| '''0,2 mm''' || ★★★★★ || ★★★★★ || ★★★★★ || ★☆☆☆☆
|-
| '''0,4 mm''' || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★☆☆☆
|-
| '''0,6 mm''' || ★★☆☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★★☆
|-
| '''0,8 mm''' || ★☆☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★★★★
|}

Insgesamt lässt sich festhalten: Eine kleinere Düse liefert die qualitativ hochwertigeren Ergebnisse, ist aber mit längerer Druckzeit verbunden. Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigen Effizienz und Materialdurchsatz, allerdings auf Kosten von Präzision und Detailtreue. Die Wahl des geeigneten Düsendurchmessers sollte daher stets in Abhängigkeit vom gewünschten Einsatzzweck und dem jeweiligen Qualitätsanspruch erfolgen.

== Literatur ==
<references>
<ref name="cadmodell">majda107: ''All In One 3D Printer test''. Veröffentlicht auf Thingiverse. Lizenz: [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ CC BY 4.0]. URL: https://www.thingiverse.com/thing:2656594 (Zugriff am: 09.05.2025).</ref>
</references>

Datei:Prusa Düseneinstellung 2.png

2025-06-23T13:01:47Z

Simon Besl:

Prusa Düseneinstellung 2

Projektarbeit Simon Besl, Matthias Strohmeier, Maximilian Wimmer

2025-06-20T06:53:50Z

Simon Besl: /* ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck */

<htmltag tagname="img" src="http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc" width="1" height="1" alt=""></htmltag>
= Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =

== Aufgabenanalyse ==

===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===
In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. 

Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-
Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. 
Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.

=== Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===
Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.

Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.

Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.

Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:

# '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.
# '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.

Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.

===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===
In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet.

Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.

Die Temperaturbeständigkeit wird über Wärmeformbeständigkeitsprüfungen sowie durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen getestet. In Kombination mit einem heißen Wasserbad, solle es realistische Bedingungen simulieren.

Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.

== Zielvereinbarung ==
Die Zielsetzung des Arbeitspakets "''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''" ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein.

Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden.

Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.

== Besprechungsprotokolle ==
[[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]] 
[[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]

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

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

{| class="wikitable sortable"
|+
|-
! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV
|-
| 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 50 || 20.06.2025
|-
| 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || 20.06.2025
|-
| 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 70 ||
|-
| 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 06.06.2025
|-
| 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025
|-
| 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025
|-
| 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025
|-
| 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 70 ||
|-
| 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 19.06.2025
|-
| 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte ("Prägedruck") (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 19.06.2025
|}

Slicer

2025-06-17T17:41:17Z

Simon Besl: /* Bewertung der Druckqualität */

= Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf das Druckergebnis, Simon Besl, 05.06.2025 =

Die Slicer-Software stellt die zentrale Schnittstelle zwischen 3D-Modell und dem eigentlichen Druckprozess dar. Sie übersetzt geometrische Informationen aus CAD-Dateien in maschinenlesbaren G-Code und hat damit maßgeblichen Einfluss auf das Druckergebnis.
Ziel dieses Vergleichs ist es, herauszufinden, welchen Einfluss unterschiedliche Slicer auf die Oberflächenqualität, Detailwiedergabe und das Druckverhalten haben – und das bei identischen Druckparametern. Dazu wurden drei verbreitete Programme unter möglichst standardisierten Bedingungen getestet: Cura, OrcaSlicer und PrusaSlicer. Besonderes Augenmerk lag auf der Frage, ob sich trotz gleicher Einstellungen Unterschiede in Maßhaltigkeit, Stringing-Verhalten oder Druckbild feststellen lassen.
Darüber hinaus wird untersucht, welche Funktionen die einzelnen Programme bieten und welche Auswirkungen sie auf das Druckverhalten haben, etwa bei Bewegungsabläufen oder der Lautstärke während des Drucks.

__TOC__

== Verwendete Slicer ==

Für den Vergleich wurden drei gängige Slicer ausgewählt, die sich in Herkunft, Funktionsweise und Benutzerführung deutlich unterscheiden. Ziel war es, zu untersuchen, wie sich die Software bei identischen Druckparametern auf Druckqualität, Verhalten und Geschwindigkeit auswirkt – sowohl aus technischer als auch aus subjektiver Sicht.

=== Cura (von UltiMaker) ===
Cura gehört zu den bekanntesten und am weitesten verbreiteten Slicern im FDM-Bereich. Die Software wird von UltiMaker als Open-Source-Projekt entwickelt und ständig weiter gepflegt.
Praktisch ist die große Auswahl an Voreinstellungen für verschiedene Druckermodelle und Materialien. Cura gilt als einfach, vielseitig und einsteigerfreundlich – gerade auch durch die große Community im Hintergrund.

=== PrusaSlicer (von Prusa Research) ===
PrusaSlicer basiert ursprünglich auf Slic3r, wurde aber von Prusa stark weiterentwickelt und mit vielen praktischen Funktionen ergänzt. Auch dieses Programm ist quelloffen, wird regelmäßig aktualisiert und funktioniert nicht nur mit Prusa-Druckern.
Besonders hervorzuheben sind Features wie adaptive Schichthöhen, präzise Einstellmöglichkeiten für den Materialfluss und die Möglichkeit, benutzerdefinierte Druckstrategien umzusetzen. Für technisch interessierte Nutzer bietet PrusaSlicer viele Eingriffsmöglichkeiten.

=== OrcaSlicer (Community-Projekt) ===
OrcaSlicer ist ein Fork von Bambu Studio, das wiederum auf PrusaSlicer basiert. Im Gegensatz zu Bambu Studio ist OrcaSlicer nicht an bestimmte Drucker gebunden und wird herstellerunabhängig weiterentwickelt. Die Software ist Open Source und sehr aktiv betreut.

=== Nicht berücksichtigt: Bambu Studio und Simplify3D ===
Bambu Studio wurde trotz seiner weiten Verbreitung bewusst außen vor gelassen, da es funktional nahezu identisch mit OrcaSlicer ist, aber stark an die Drucker von Bambu Lab gebunden ist.
Teure Profiprogramme wie Simplify3D wurden aufgrund ihrer Lizenzkosten ebenfalls nicht getestet, da sie im Hochschulkontext weniger relevant sind.

<gallery widths=300px heights=200px>
Datei:Cura5.10 Interface.png|Benutzeroberfläche des Cura-Slicers
Datei:OrcaSlicer2.3.0 Interface.png|Benutzeroberfläche des OrcaSlicer
Datei:PrusaSlicer2.9.2 Interface.png|Benutzeroberfläche des PrusaSlicer
</gallery>

== Bedeutung der Druckerkonfiguration im Slicer ==
Bevor ein Modell überhaupt gesliced werden kann, muss der Slicer wissen, auf welchem Drucker es später gefertigt wird. Diese Information ist weit mehr als nur eine formale Auswahl. Sie legt fest, welche Druckereigenschaften bei der Erzeugung des G-Codes berücksichtigt werden. Dazu zählen unter anderem die maximalen Verfahrwege der Achsen, die Größe des Druckbetts, der verwendete Düsentyp, das Heizverhalten sowie gerätespezifische Start- und Endbefehle.

Auch die Art und Position des Extruders, beispielsweise ein Bowden oder Direct Drive, beeinflussen die Steuerung des Materialflusses und damit die Retraction-Parameter. Funktionen wie eine automatische Kalibrierung, individuelle Lüftersteuerung oder spezielle Sensoren (z. B. für Filament-Ende oder Z-Homing) müssen ebenfalls bekannt sein, damit der erzeugte G-Code mit der Druckerhardware harmoniert.

Nur wenn das hinterlegte Druckerprofil mit der realen Hardware übereinstimmt, kann der G-Code korrekt und sicher erzeugt werden. Ist beispielsweise ein falscher Bauraum definiert, besteht das Risiko, dass der Druckkopf versucht über das tatsächliche Druckbett hinauszufahren. Im schlimmsten Fall besteht das Risiko mechanischer Schäden. Auch unrealistische Temperaturen, fehlerhafte Extrusionsmengen oder inkompatible Firmwarebefehle sind typische Folgen einer falsch konfigurierten Umgebung.

Besonders problematisch sind unbemerkte Abweichungen bei der Düsengröße oder der Druckbettheizung. In solchen Fällen kann die Druckqualität erheblich leiden, ohne dass direkt erkennbar ist, woran es liegt. In der Praxis zeigt sich das häufig durch mangelhafte Haftung, ungleichmäßige Schichtbilder oder unsaubere Bewegungsabläufe.

== Testaufbau ==

Für den Slicer-Vergleich wurde derselbe Versuchsaufbau verwendet wie im Arbeitspaket zur Untersuchung des '''[[Düsendurchmesser|Einflusses unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Die Details zu Drucker, Material, Testmodell und den allgemeinen Druckparametern sind dort ausführlich dokumentiert.

Zur Wiederholung in Kürze: Gedruckt wurde mit einem '''Anycubic i3 Mega S''' und einer '''0,4 mm-Düse''' unter konstanten Bedingungen. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Als Testobjekt diente ein speziell konstruiertes Modell mit typischen Geometrien zur Beurteilung von Detailwiedergabe, Überhangverhalten und Maßhaltigkeit.

Für diese Untersuchung wurde ausschließlich die Softwareseite verändert. Die Hardware, das Modell und die Slicereinstellungen (z. B. Schichthöhe, Temperatur, Geschwindigkeit, Retraction) blieben in allen Fällen identisch. So lassen sich Unterschiede im Druckbild eindeutig auf den jeweils verwendeten Slicer zurückführen.

== Einstellmöglichkeiten und Detaillierungsgrad ==

Alle drei getesteten Slicer bieten umfangreiche Möglichkeiten zur Anpassung der Druckparameter. Neben grundlegenden Einstellungen wie Temperatur, Geschwindigkeit und Schichthöhe lassen sich auch viele erweiterte Funktionen steuern wie Retract-Verhalten, Kühlung oder spezielle Strategien für Außenwände und Infill.

Die Slicer bieten eine Auswahl über welche die sichtbaren Optionen je nach Erfahrungsstufen gesteuert werden. So lassen sich je nach Kenntnisstand gezielt mehr oder weniger Einstellungen anzeigen, ohne die Oberfläche zu überladen.

Unterschiede zeigen sich vor allem bei speziellen Funktionen. Im PrusaSlicer besteht die Möglichkeit, das Modell vertikal in Abschnitte zu unterteilen und für jede Zone eigene Druckparameter zu vergeben. Damit lassen sich gezielt bestimmte Bereiche stabiler, detaillierter oder schneller drucken. Cura und OrcaSlicer bieten dagegen eine Funktion zur automatischen Anpassung der Schichthöhe, abhängig von der Neigung der Oberfläche. Diese Funktion ist bei Cura schon länger verfügbar, allerdings noch als experimentell gekennzeichnet. OrcaSlicer nutzt das gleiche Prinzip, allerdings mit besserer Integration und deutlich stabilerer Vorschau.

Auch beim Thema Vorschau und Druckzeitschätzung gibt es Unterschiede. Während Cura eine klassische Vorschau mit Farbverlauf je Schicht bietet, stellt PrusaSlicer und OrcaSlicer auch Bewegungsarten und Extrusionsmengen präzise dar. Die geschätzten Druckzeiten bleiben Softwareübergreifend in etwa gleich.

Insgesamt lässt sich sagen, dass alle getesteten Programme einen hohen Detaillierungsgrad ermöglichen. PrusaSlicer richtet sich besonders an erfahrene Nutzer, die gezielt Eingriff in einzelne Bereiche nehmen wollen. Cura bietet eine breite Basis an Funktionen mit besonders vielen vorkonfigurierten Profilen. OrcaSlicer kombiniert viele Vorteile beider Programme mit moderner Oberfläche und sinnvoller Strukturierung.

== G-Code-Analyse ==
Obwohl für alle drei Slicer dasselbe CAD-Modell verwendet wurde, zeigen die erzeugten G-Code-Dateien zum Teil deutlich unterschiedliche Strukturen. Diese Unterschiede betreffen nicht nur die Reihenfolge der Druckschritte, sondern auch deren technische Umsetzung. Dadurch kann es zu spürbaren Unterschieden im tatsächlichen Druckbild kommen, selbst dann, wenn die wesentlichen Parameter auf den ersten Blick identisch erscheinen.

Ein zentraler Unterschied zeigt sich in der Reihenfolge, in der die Druckpfade abgearbeitet werden. Während Cura und PrusaSlicer die Außenkonturen des Modells meist vor dem Infill drucken, erzeugt OrcaSlicer die Außenwand häufig erst nach dem inneren Füllmuster. Diese Reihenfolge kann sich auf die Kantenschärfe und das Erscheinungsbild von Überhängen auswirken, insbesondere bei komplexeren Geometrien.

Auch das Retraction-Verhalten unterscheidet sich zwischen den Programmen. Cura führt bei vergleichbaren Einstellungen tendenziell mehr Rückzugsbewegungen und Reisewege durch als OrcaSlicer. Letzterer geht sparsamer mit Travel-Moves um, was in der Praxis einen ruhigeren Materialfluss und ein reduziertes Stringing begünstigen kann. Gleichzeitig bedeutet das aber auch, dass Cura potenziell besser darin ist, unerwünschtes Materialtröpfeln in filigranen Bereichen zu vermeiden.

Ein weiterer Aspekt ist die Position der Layerwechsel. PrusaSlicer versetzt den Wechsel der Druckhöhe meist dezent zur Seite, während Cura die Z-Hops oft nahe am Objektursprung durchführt. OrcaSlicer platziert den Layerwechsel bevorzugt auf ohnehin zurückgezogene Positionen, was optisch glattere Nähte zur Folge haben kann. Der sichtbare Nahtverlauf entlang der Z-Achse wird dadurch unter Umständen reduziert.

Auch bei der Bewegungsplanung gibt es Unterschiede. Cura erzeugt deutlich kleinteiligere Bewegungssegmente, wodurch die Bewegungspfade stärker unterteilt sind. Dies kann in feineren Details resultieren, führt jedoch auch zu häufigeren Beschleunigungswechseln. PrusaSlicer wirkt an dieser Stelle etwas effizienter und fasst ähnliche Bewegungen stärker zusammen. OrcaSlicer wiederum erzeugt auffallend gleichmäßige Bewegungsmuster mit stabiler Geschwindigkeit, was sich in einem besonders ruhigen Druckverlauf niederschlagen kann – sowohl visuell als auch akustisch.

Nicht zuletzt enthalten die G-Code-Dateien auch Unterschiede im Aufbau und in der Metainformation. OrcaSlicer fügt beispielsweise automatisch strukturierte Angaben wie Modellhöhe, Layerzahl oder auch eine Vorschauminiatur ein. Diese Zusatzinformationen sind hilfreich für die spätere Dokumentation oder bei der Verwendung von Druckmonitoring-Systemen.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurden auch beim Slicer-Vergleich sowohl subjektive als auch objektive Bewertungsmethoden herangezogen. Neben einer Laienumfrage zur Erfassung des Gesamteindrucks erfolgte eine technische Einschätzung anhand sichtbarer Druckmerkmale wie Oberfläche, Detailwiedergabe und Stringing-Verhalten.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===
Um einen unverfälschten Eindruck der Druckqualität aus Sicht ungeschulter Personen zu erhalten, wurde eine anonyme digitale Umfrage mit den drei getesteten Slicer-Ausgaben durchgeführt. Die Teilnehmenden erhielten die Modelle ohne Hintergrundinformationen und sollten anhand des Erscheinungsbilds bewerten, wie gelungen sie die Druckqualität empfinden würden – vergleichbar mit der Situation, in der ein Kunde ein Bauteil aus der Serienfertigung zur Prüfung in der Hand hält. Bewertet wurde auf einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Laienvergleich Slicer.png|mini]]

Im Ergebnis lagen die Bewertungen aller drei Slicer nah beieinander:
Cura und PrusaSlicer erhielten jeweils eine durchschnittliche Bewertung von 5,06, OrcaSlicer lag mit 4,69 geringfügig darunter.
Die Unterschiede sind damit gering, aber dennoch erkennbar. Das Modell aus OrcaSlicer wurde von Laien etwas kritischer bewertet, was auf einen geringeren subjektiven Gesamteindruck hindeutet – etwa durch weniger saubere Kanten oder sichtbare Artefakte. Die anderen beiden Varianten schnitten gleichauf ab und wurden als durchschnittlich gut wahrgenommen.

=== Eigene Einschätzung ===

In der eigenen Beurteilung der Druckqualität wurden verschiedene Merkmale wie Stringing, Materialansammlungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen berücksichtigt. Dabei traten zwischen den Slicern durchaus erkennbare Unterschiede zutage.

Cura zeigte insgesamt ein sehr gutes Druckbild mit gleichmäßiger Oberfläche und minimaler Schichtversetzung. Besonders positiv fiel die Darstellung der feinen Schrift auf. Auch das Stringing war gering, lediglich bei Brücken war ein leichtes Einsacken zu beobachten, das jedoch in einem vertretbaren Rahmen blieb.

PrusaSlicer überzeugte mit sauberem Brückenergebnis und hervorragender Überhangqualität. Die Druckoberfläche war etwas matter, aber sehr gleichmäßig. Allerdings fiel eine etwas weichere Kantendarstellung bei Schriftzügen auf. Die Layerstabilität war ausgezeichnet.

OrcaSlicer lag insgesamt leicht hinter den anderen beiden Programmen, zeigte jedoch ebenfalls solide Ergebnisse. In einigen Fällen waren kleine Materialanhäufungen sichtbar, auch das Stringing war minimal stärker ausgeprägt. Die Druckoberfläche erschien weniger fein, dafür war das Schriftbild klar und gut lesbar. Layerfehler traten keine auf.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle drei Slicer zu technisch sauberen Druckergebnissen führten. Die Unterschiede zeigten sich eher im Detail und in der optischen Wirkung der Oberflächen. Cura und PrusaSlicer lieferten sehr ähnliche, hochwertige Resultate, während OrcaSlicer geringfügig weniger präzise wirkte, aber insgesamt ein rundes Ergebnis zeigte.

{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Testmodell C.jpg|300px]] || [[Datei:Testmodell E.jpg|300px]] || [[Datei:Testmodell D.jpg|300px]]
|-
| '''Cura''' || '''OrcaSlicer''' || '''PrusaSlicer'''
|}

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Slicer-Ergebnisse wurden ausgewählte Maße des Testobjekts vermessen und mit den CAD-Sollwerten verglichen. Die Messung umfasste sowohl Zylinderdurchmesser (2 mm bis 5 mm) und Höhen, als auch Brückenlängen sowie dünne Wandstärken. Ziel war es, zu prüfen, inwieweit sich Unterschiede in der Maßhaltigkeit trotz identischer Slicereinstellungen feststellen lassen.

Die Ergebnisse zeigen, dass alle getesteten Slicer eine gute bis sehr gute Maßtreue im Bereich der geometrischen Hauptmerkmale erzielen. Die größte Übereinstimmung mit den Sollwerten zeigten Cura und PrusaSlicer, deren Modelle bei fast allen Zylinderdurchmessern und Höhen nur minimale Abweichungen aufwiesen. Bei der 2 mm-Bohrung und den Brückenspannweiten lagen beide Programme nahezu exakt auf dem Zielwert.

OrcaSlicer schnitt ebenfalls solide ab, zeigte jedoch bei feinen Strukturen wie dem 2 mm-Zylinder und den mittleren Durchmessern eine leicht erhöhte Abweichung. Hier lagen die gemessenen Werte tendenziell unterhalb der Zielvorgabe, was auf eine geringfügige Unterextrusion oder feinere Pfadberechnung hindeuten könnte. Die restlichen Werte, insbesondere bei der Brückenspannweite und der Außenwand, stimmen mit den anderen Programmen überein.

Insgesamt liegen die Abweichungen bei allen Slicern in einem praxisgerechten Bereich. Die Unterschiede sind messbar, aber gering und dürften im Alltagsgebrauch kaum auffallen. Dennoch zeigt sich, dass die exakte Umsetzung des CAD-Modells von der jeweiligen Software leicht unterschiedlich interpretiert wird. Besonders bei hoher Maßanforderung kann sich die Wahl des Slicers damit in einzelnen Details bemerkbar machen.

= Fazit und Empfehlung =

Die Untersuchung zeigt, dass die Wahl der Slicer-Software einen spürbaren Einfluss auf das Druckergebnis haben kann, obwohl die grundlegenden Druckparameter weitgehend identisch gehalten wurden. Die Unterschiede entstehen nicht durch die Bedienfehler oder Materialabweichungen, sondern durch die Art und Weise, wie die Programme den G-Code erzeugen und interne Druckstrategien umsetzen.

Cura und PrusaSlicer lieferten in diesem Vergleich insgesamt die besten Resultate. Beide erzeugten saubere Oberflächen, zeigten wenig Stringing und lieferten gute Ergebnisse in Bezug auf Maßhaltigkeit und Detailwiedergabe. OrcaSlicer schnitt leicht schwächer ab, lieferte aber dennoch solide Resultate. Gerade bei der Oberflächenqualität und der Linienführung gab es kleinere Abweichungen, die sich auch subjektiv in der Laienumfrage widerspiegelten.

Bemerkenswert war, dass die objektiv vermessene Maßhaltigkeit bei allen Programmen auf ähnlichem Niveau lag. Dennoch wurde OrcaSlicer von den Befragten weniger positiv bewertet – ein Hinweis darauf, dass visuelle Merkmale wie Glätte oder regelmäßige Schichtbilder einen stärkeren Einfluss auf die Gesamtwahrnehmung haben als kleine Maßabweichungen.

Darüber hinaus unterscheiden sich die Programme in ihrer Benutzerführung und Funktionsvielfalt. Cura punktet durch Einsteigerfreundlichkeit, PrusaSlicer bietet die größte Kontrolle und Flexibilität, während OrcaSlicer mit einer modernen Oberfläche und aktiver Weiterentwicklung überzeugt.

Für Anwender mit Fokus auf einfache Bedienung und gute Voreinstellungen ist Cura eine sehr gute Wahl. Wer maximale Kontrolle über alle Parameter möchte und auch komplexe Druckstrategien umsetzen will, findet im PrusaSlicer ein starkes Werkzeug. OrcaSlicer eignet sich vor allem für technisch versierte Nutzer, die bereit sind, auch aktuelle Community-Features zu nutzen und den Slicer aktiv an ihre Bedürfnisse anzupassen.

Insgesamt ist festzuhalten, dass keine der getesteten Slicer grundsätzlich ungeeignet ist – die Unterschiede liegen in Nuancen, die je nach Anwendungsfall und persönlichem Anspruch mehr oder weniger relevant sind.

= Ausblick und Kritik am Vorgehen =

Die vorliegende Untersuchung verfolgte das Ziel, die Unterschiede zwischen verschiedenen Slicer-Programmen möglichst objektiv herauszuarbeiten. Um die Vergleichbarkeit sicherzustellen, wurden die Druckparameter in allen getesteten Programmen so weit wie möglich angeglichen. Erweiterte Funktionen, die in einzelnen Slicern zur Optimierung der Druckqualität zur Verfügung stehen, wurden bewusst nicht genutzt, um die technische Basis der jeweiligen Slicer-Engines zu vergleichen.

Diese Entscheidung bringt jedoch auch Einschränkungen mit sich. Ein möglicher Kritikpunkt am gewählten Ansatz ist, dass Programme mit besseren Funktionen dadurch unter Umständen benachteiligt werden. So bleibt beispielsweise unberücksichtigt, ob ein Slicer über zusätzliche Algorithmen zur Optimierung von Schichtübergängen, automatischer Linienbreitenanpassung oder intelligenter Bewegungsplanung verfügt – obwohl genau solche Funktionen in der Praxis einen spürbaren Unterschied machen können.

Alternativ wäre es denkbar, die Programme nicht unter exakt gleichen Einstellungen zu vergleichen, sondern sie jeweils mit ihrer eigenen Voreinstellung in der empfohlenen Konfiguration zu testen. Das würde dem typischen Verhalten von Laien oder durchschnittlichen Nutzern eher entsprechen und dem jeweiligen Programm die Möglichkeit geben, seine Stärken auszuspielen. In diesem Fall würde der Vergleich stärker die Benutzerfreundlichkeit und Praxistauglichkeit betonen, allerdings zulasten der technischen Vergleichbarkeit.

Ein weiterer Ansatz könnte darin bestehen, zwei getrennte Vergleichsmethoden anzuwenden: einen „standardisierten Test“, wie hier durchgeführt, und einen „realistischen Test“, bei dem jedes Programm mit seinen eigenen Stärken genutzt wird. So ließen sich beide Perspektiven gegenüberstellen.

Für künftige Untersuchungen wäre es sinnvoll, diese unterschiedlichen Ansätze gezielt gegeneinander abzuwägen oder miteinander zu kombinieren. Das könnte nicht nur zu einer differenzierteren Bewertung führen, sondern auch praxisnähere Empfehlungen für verschiedene Anwendergruppen ermöglichen.

Düsendurchmesser

2025-06-17T17:22:45Z

Simon Besl: /* Objektive Bewertung */

= Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität, Simon Besl, 09.05.2025 =

Die Auswahl des geeigneten Düsendurchmessers ist ein zentraler Faktor im FDM-3D-Druck, da er direkt Einfluss auf Druckzeit, Maßhaltigkeit, Detailgenauigkeit und Oberflächenqualität nimmt. Während kleinere Düsen eine hohe Präzision bei feinen Geometrien ermöglichen, lassen sich mit größeren Düsen deutlich kürzere Druckzeiten erzielen – ein Aspekt, der insbesondere bei funktionalen Bauteilen oder der Kleinserienfertigung an Bedeutung gewinnt.

Ziel dieser Untersuchung war es daher, den Einfluss verschiedener Düsendurchmesser auf die resultierende Druckqualität systematisch zu analysieren. Im Mittelpunkt standen dabei Maßhaltigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Detailabbildung sowie das Verhalten bei Überhängen. Besonderes Interesse galt der Frage, ob sich mit größeren Düsen unter bestimmten Bedingungen sogar qualitative Vorteile erzielen lassen – beispielsweise durch bessere Schichtanbindung oder stabilere Druckverhältnisse bei komplexeren Strukturen.

Die Untersuchung wurde unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt und durch eine technische sowie subjektive Bewertung der Druckergebnisse ergänzt, um praxisrelevante Empfehlungen zur Wahl des Düsendurchmessers ableiten zu können.

__TOC__

== Testaufbau ==
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|250px|mini|rechts|Drucker für Düsenvergleich: Anycubic i3 Mega S]]
Die Versuche wurden auf einem '''Anycubic i3 Mega S''' durchgeführt. Der Drucker zählt zu den gängigen Einsteigermodellen im Bereich des FDM-Drucks und verfügt über ein offenes System, das manuelle Eingriffe wie den Austausch von Düsen unkompliziert ermöglicht. Eine automatische Nivellierfunktion ist nicht vorhanden, weshalb der Abstand zwischen Düse und Druckbett manuell eingestellt werden muss.

Als Slicer-Software wurde '''Cura (Version 5.10)''' verwendet. Cura ist die vom Hersteller empfohlene Software für diesen Drucker und bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche sowie direkte Einstellmöglichkeiten für den Düsendurchmesser. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' der Firma '''Extrudr''', ein biobasierter Werkstoff, der sich durch zuverlässige Druckeigenschaften und hohe Maßhaltigkeit auszeichnet. Es wurde bereits in vorherigen Arbeitspaketen erfolgreich eingesetzt.

Untersucht wurden vier verschiedene Düsendurchmesser: '''0,2 mm''', '''0,4 mm''', '''0,6 mm''' und '''0,8 mm'''. Zum Einsatz kamen dabei handelsübliche '''V6-Düsen''', die mit dem Hotend des Druckers kompatibel sind. Eine '''1,0 mm-Düse''' wurde nicht berücksichtigt, da sie in ersten Tests keine ausreichende Detailtreue erzielte und für die vorgesehenen Geometrien als ungeeignet eingeschätzt wurde.

Die Schichthöhe wurde einheitlich auf '''0,16 mm''' festgelegt. Dieser Wert stellt die größtmögliche empfohlene Schichtdicke für eine '''0,2 mm-Düse''' dar und sorgt gleichzeitig dafür, dass auch mit der '''0,8 mm-Düse''' noch ein stabiler Materialauftrag möglich ist. Auf diese Weise konnte ein einheitlicher Vergleich der verschiedenen Düsendurchmesser gewährleistet werden, ohne die jeweilige Düse über ihre praxisgerechten Grenzen hinaus zu belasten. Weitere relevante Druckparameter wie Düsentemperatur, Druckbett-Temperatur, Kühlverhalten und Bewegungsgeschwindigkeit wurden über alle Versuche hinweg konstant gehalten. Die konkreten Einstellungen orientierten sich an den auf der Projekt-Wikiseite '''[[Optimierung Druckparameter]]''' dokumentierten Werten, die im Rahmen einer separaten Untersuchung als besonders druckstabil identifiziert wurden.

== Beschreibung des Testobjekts ==
[[Datei:Testmodell.png|250px|mini|Testmodell für Düsenvergleich<ref name="cadmodell" />]]
Zur Bewertung der Auswirkungen unterschiedlicher Düsendurchmesser wurde ein eigenes Testobjekt konstruiert. Ziel war es, möglichst viele drucktechnisch relevante Merkmale in kompakter Form zu vereinen, um Unterschiede hinsichtlich Maßhaltigkeit, Detailtreue, Überhangverhalten und Oberflächenqualität erfassen zu können.

Das Testmodell besteht aus mehreren Bereichen mit gezielten Herausforderungen für den 3D-Druck. Dazu zählen freistehende Überhänge mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, feine Schriftzüge, definierte Wandstärken sowie rechteckige Geometrien mit bekannten Sollmaßen zur späteren Vermessung. Darüber hinaus wurden glatte sowie geneigte Oberflächen eingebaut, um mögliche Unterschiede in der Sichtbarkeit der Schichtlinien zu dokumentieren. Auch schmale Finnen und freitragende Brücken wurden integriert, um die Detailwiedergabe und das Verhalten bei ungestütztem Materialauftrag zu bewerten.

Das Objekt wurde so dimensioniert, dass es mit allen gewählten Düsendurchmessern innerhalb sinnvoller Druckzeiten und ohne Skalierung gefertigt werden konnte. Es wurde mit identischen Slicereinstellungen verarbeitet, wobei jeweils nur der Düsendurchmesser angepasst wurde.

== Einstellungen im Slicer ==
Die Einstellung des Düsendurchmessers im Slicer ist entscheidend, da sie zahlreiche druckrelevante Parameter wie Linienbreite, Flussrate und Extrusionsmenge beeinflusst. Je nach verwendeter Slicer-Software unterscheidet sich die Vorgehensweise deutlich.

In '''Cura''' lässt sich der Düsendurchmesser direkt über die Druckerkonfiguration festlegen:
''Drucker verwalten → Geräteeinstellungen → Extruder 1''.
Dieser direkte Zugriff erleichtert den Vergleich und reduziert das Risiko unbeabsichtigter Abweichungen bei zusammenhängenden Parametern.

In '''OrcaSlicer''' und '''PrusaSlicer''' gibt es hingegen keine separate Einstellung für den Düsendurchmesser. Stattdessen muss die Linienbreite manuell angepasst werden.
Im OrcaSlicer befinden sich die relevanten Optionen im Reiter ''Qualität'' → ''Breite der Linie'', im PrusaSlicer unter ''Druckereinstellungen'' → ''Erweitert''.

Für die vorliegende Untersuchung wurde '''Cura''' verwendet, da die Umstellung dort besonders benutzerfreundlich und eindeutig erfolgt. So konnte die Vergleichbarkeit der Drucke sichergestellt werden.
{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Cura Düsengrößeinstellung.png|300px]]
| [[Datei:Orca Linienbreiteeinstellungen.png|240px]]
| [[Datei:Prusa Düseneinstellung.png|450px]]
|-
| '''Cura''': Fenster zur Düsendurchmessereinstellung
| '''OrcaSlicer''': Reiter zur Linienbreiteneinstellung
| '''PrusaSlicer''': Fenster zur Linienbreiteneinstellungen
|}

== Schwierigkeiten ==
[[Datei:Haftungsproblem erste Schicht.jpg|mini|Haftungsprobleme der ersten Schicht]]
Im Verlauf der Untersuchung zeigten sich einige technische Herausforderungen bei der Umstellung auf größere Düsendurchmesser, selbst bei Verwendung eines Slicers mit direkter Düsenkonfiguration wie '''Cura'''. Zwar lassen sich die grundlegenden Parameter in der Software problemlos anpassen, jedoch erwiesen sich die automatisch generierten Voreinstellungen nicht in allen Fällen als praxistauglich.

Insbesondere die Flusseinstellungen mussten für bestimmte Düsengrößen manuell nachjustiert werden. So war es beispielsweise erforderlich, den Filamentfluss für die erste Schicht auf '''120 %''' zu erhöhen. Andernfalls kam es bei großen Düsen zu unzureichender Materialförderung in der Anfangsphase, wodurch das Filament nicht ausreichend auf der Druckplatte haftete und stattdessen unkontrolliert über die Oberfläche gezogen wurde.

Darüber hinaus stellte sich die Kombination aus großem Düsendurchmesser, hohem Materialvorschub und den vergleichsweise hohen Verarbeitungstemperaturen von '''PETG''' als problematisch für das Heizsystem des Druckkopfs heraus. Bei der '''0,8 mm-Düse''' war die Heizleistung in einigen Fällen nicht mehr ausreichend, um den Sollwert des Drucks aufrechtzuerhalten, sodass der Druckvorgang mit einer Sensorfehlermeldung abgebrochen wurde.

== Untersuchung der Fehlerursachen ==
[[Datei:Verbesserung durch Schichtdicke verringern.jpg|mini|Leichtes Herabdrücken des Druckkopfs sorgte für Verbesserung (linke Bildhälfte)]]
Ein zentrales Problem, das zu Beginn der Versuchsreihe auftrat, war eine unzureichende Haftung der ersten Schicht auf dem Druckbett. Ursprünglich wurde dies als typisches Haftungsproblem interpretiert. Im weiteren Verlauf zeigte sich jedoch, dass die Ursache vielmehr in einem zu geringen Materialfluss lag – insbesondere bei der ersten Lage. Dieser unzureichende Fluss ließ sich auf suboptimale Slicer-Voreinstellungen zurückführen, die bei größeren Düsendurchmessern nicht automatisch angepasst wurden. Durch manuelle Erhöhung des Flusses für die erste Schicht konnte das Problem weitgehend behoben werden.

Das Problem wurde unter anderem durch eine einfache Beobachtung entdeckt: Ein leichtes manuelles Herunterdrücken des Druckkopfs während der ersten Druckbahn führte unmittelbar zu einer Verbesserung des Druckergebnisses. Die verringerte Schichtdicke erhöhte den Auflagedruck, ohne den Filamentfluss zu verändern – ein Hinweis auf einen zu großen Abstand zwischen Düse und Druckbett.

Im Zuge der Fehlersuche wurde eine weitere mögliche Ursache untersucht: ein zu großer Abstand zwischen Düse und Druckbett. Da der verwendete Drucker über keine automatische Nivellierung verfügt, kommt der mechanischen Justierung eine entscheidende Bedeutung zu. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Fertigungstoleranzen bei der Länge der eingesetzten Düsen zu inkonsistenten Abständen führen könnten – insbesondere bei einem Düsenwechsel.

Zur Verifikation wurden mehrere Düsen desselben Typs vermessen. Innerhalb der jeweils drei getesteten Exemplare pro Düsendurchmesser traten zwar nur geringe Unterschiede auf, jedoch unterschieden sich die Nennlängen der verschiedenen Düsengrößen teils deutlich. Während die '''0,2 mm-Düse''' das Sollmaß von '''12,50 mm''' nahezu exakt einhielt, wichen andere um bis zu '''±0,060 mm''' ab. Bei einer eingestellten Schichtdicke von '''0,16 mm''' entspricht dies bereits einer Abweichung von rund '''37,5 %''', was sich unmittelbar auf die Haftung und das Druckbild der ersten Schicht auswirkte.

Da diese Abweichung vom Drucker nicht automatisch kompensiert werden konnte, musste nach jedem Düsenwechsel eine manuelle Kalibrierung der Z-Achse vorgenommen werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurde zwischen subjektiven und objektiven Bewertungsmethoden unterschieden. Während die subjektive Bewertung durch eine Laienumfrage sowie eine eigene Einschätzung erfolgte, wurden für die objektive Analyse konkrete Messungen und technische Kriterien herangezogen.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===

Zur Erfassung des optischen Gesamteindrucks der Drucke durch möglichst ungeschulte Personen wurde eine anonyme digitale Umfrage mit insgesamt acht verschiedenen Modellen durchgeführt. Ziel war es, eine realitätsnahe Einschätzung der wahrgenommenen Druckqualität zu erhalten, wie sie in einer typischen Kundensituation entstehen könnte, in der ein Bauteil von einem Zulieferer empfangen und rein visuell und haptisch beurteilt wird.
[[Datei:Umfrageergebnis Düsenvergleich.png|mini|400px|Ergebnis der Laienumfrage bezüglich der Druckqualität]]
Die Teilnehmenden wurden gebeten, die Qualität der vorgelegten Modelle auf einer Skala von ''1 (sehr schlecht)'' bis ''10 (sehr gut)'' zu bewerten.

Die Umfrage beschränkte sich bewusst auf eine einzige Frage pro Modell. In vorherigen Testläufen hatte sich gezeigt, dass eine detailliertere Beurteilung einzelner Qualitätsaspekte wie Maßhaltigkeit, Oberflächenglätte oder Detailtreue durch Laien häufig zu unsicheren oder wenig aussagekräftigen Antworten führte. Eine zusammenfassende Gesamtbewertung erwies sich dagegen als verständlich und zuverlässig.

Die Ergebnisse der Laienumfrage verdeutlichen einen klaren Zusammenhang zwischen dem verwendeten Düsendurchmesser und der subjektiv wahrgenommenen Druckqualität. Am besten schnitt die feinste untersuchte Düse mit 0,2 mm ab, die mit einem Durchschnittswert von 8,7 deutlich vor allen anderen Varianten lag. Am unteren Ende der Skala befand sich die 0,8 mm-Düse, die lediglich mit 2,9 bewertet wurde. Diese große Differenz deutet darauf hin, dass insbesondere eine feine Detailwiedergabe und glatte Oberflächen von ungeschulten Betrachtern als qualitativ hochwertig eingeschätzt werden.
Auch zwischen den mittleren Düsendurchmessern von 0,4 mm (5,1) und 0,6 mm (4,8) zeigen sich Unterschiede in der Bewertung, wenn auch weniger deutlich.

Allerdings ist dieser Qualitätsgewinn mit einem erheblichen Anstieg der Druckzeit verbunden. Während das Testobjekt mit der 0,8 mm-Düse bereits nach 55 Minuten fertiggestellt ist, verlängert sich die Druckzeit bei der 0,6 mm-Düse auf 1 Stunde und 10 Minuten und bei der 0,4 mm-Düse auf 1 Stunde und 33 Minuten. Am längsten dauert der Druck mit der 0,2 mm-Düse, der mit 2 Stunden und 40 Minuten mehr als doppelt so lange benötigt. Wer auf maximale optische Qualität setzt, muss also einen deutlichen Kompromiss in Form längerer Fertigungszeiten eingehen.

=== Eigene Einschätzung ===
Bei der eigenen Bewertung der Druckqualität wurden verschiedene technische und visuelle Merkmale der Modelle herangezogen. Besonderes Augenmerk galt der Sauberkeit der Drucke, dem Auftreten unerwünschter Materialanhaftungen (wie „Blobs“ oder „Zits“), der Qualität freitragender Brücken sowie der Lesbarkeit feiner Schriftzüge.

Die feinste Düse zeigte insgesamt das sauberste Druckbild. Konturen waren klar erkennbar, die Oberflächen wirkten gleichmäßig, und filigrane Details – insbesondere kleine Schriftzüge – wurden präzise dargestellt. Zudem traten kaum störende Nebeneffekte wie Fädenbildung oder Materialüberschuss auf.

Mit zunehmendem Düsendurchmesser wurde das Druckbild sichtbar gröber. Zwar gelang die Überhanggeometrie bei allen Varianten gut, jedoch zeigten sich bei größeren Düsen häufiger kleine Unregelmäßigkeiten wie Fäden oder Materialanhäufungen. Feine Strukturen wurden nicht mehr so scharf wiedergegeben, und in einigen Fällen war die Schrift nur noch schwer oder gar nicht mehr lesbar.

Auch bei mittleren Düsendurchmessern gab es qualitative Unterschiede. Einige Modelle wiesen eine insgesamt gute Druckqualität auf, zeigten jedoch leichte Schwächen bei Detailauflösung oder Gleichmäßigkeit der Oberfläche. Andere hingegen offenbarten deutliche Druckfehler, etwa durch ungleichmäßige Extrusion oder unsaubere Kanten.

Insgesamt bestätigte sich der Eindruck, dass kleinere Düsendurchmesser für qualitativ hochwertige und detailreiche Drucke besser geeignet sind, während größere Düsen eher funktionale, aber optisch weniger präzise Ergebnisse liefern. Auffällig war zudem, dass eine dickere Düse offenbar stärker zu Stringing neigt, was sich negativ auf den Gesamteindruck auswirkte.

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Druckqualität wurden ausgewählte Geometrien des Testmodells vermessen. Ziel war es, die Maßhaltigkeit verschiedener Düsendurchmesser unabhängig von subjektiven Einflüssen zu beurteilen. Analysiert wurden Zylinderdurchmesser (2–5 mm), Höhen, freitragende Brücken (5–15 mm Spannweite) sowie dünne Wandstrukturen.

Die '''0,2 mm-Düse''' zeigt durchweg die höchste Präzision. Die Zylinderdurchmesser liegen maximal +0,05 mm über dem Sollwert, was in Anbetracht der Drucktechnik ein sehr gutes Ergebnis darstellt. Auch die Höhenabweichung ist mit nur +0,05 mm nahezu vernachlässigbar. Brückenkonstruktionen wurden selbst bei 15 mm Spannweite mit hoher Maßhaltigkeit gedruckt, und feine Wände von 1,0 mm wurden exakt wiedergegeben. Diese Ergebnisse spiegeln die hohe Auflösung und feine Linienführung der 0,2 mm-Düse wider – ideal für detaillierte Drucke.

Bei der '''0,4 mm-Düse''' zeigen sich stabile Ergebnisse mit nur geringen Abweichungen. Die Zylinderdurchmesser liegen im Schnitt leicht über dem Sollwert, bewegen sich aber im akzeptablen Bereich (z. B. 2,95 mm statt 3 mm). Brücken und Höhen wurden ebenso zuverlässig realisiert. Wandstrukturen von 1,0 mm wurden exakt gedruckt. Insgesamt bietet die 0,4 mm-Düse eine gute Balance zwischen Genauigkeit und praktischer Druckzeit, wodurch sie sich als universeller Kompromiss eignet.

Die '''0,6 mm-Düse''' beginnt sichtbar von den Sollwerten abzuweichen. Zylinderdurchmesser steigen hier systematisch an – z. B. 2,2 mm statt 2,0 mm – was auf Überextrusion bei feinen Elementen hindeutet. Auch die Brückenergebnisse zeigen leichte Einbußen: Die Spannweite von 10 mm wurde mit 4,6 mm statt 5,0 mm unter dem Zielmaß gedruckt. Die Wandstärken hingegen wurden zu dick realisiert (1,4 mm statt 1,0 mm). Dies deutet darauf hin, dass Details zunehmend verwaschen erscheinen, die Düse aber in groben Strukturen weiterhin leistungsfähig bleibt.

Am deutlichsten fallen die Abweichungen bei der '''0,8 mm-Düse''' aus. Besonders bei kleinen Zylindern treten starke Maßüberschreitungen auf, mit teils 30 % Abweichung (z. B. 2,6 mm statt 2,0 mm). Auch die Wanddicken wurden zu groß wiedergegeben (1,4–1,8 mm statt 1,0–1,6 mm). Brücken waren zwar noch annähernd in Toleranz, aber das Ergebnis zeigt: Für feine Strukturen ist diese Düsengröße ungeeignet. Die Druckqualität genügt funktionalen Anforderungen, versagt aber bei geometrisch anspruchsvollen Details.

Insgesamt lässt sich festhalten: Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigt die Neigung zu Überextrusion und Formungenauigkeit. Besonders filigrane Strukturen leiden unter dieser Wirkung. Die 0,2 mm-Düse bietet die größte Präzision, die 0,4 mm-Düse die beste Praxistauglichkeit, während die 0,8 mm-Düse primär für großvolumige und weniger detailkritische Bauteile geeignet ist.

{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Testmodell F.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell C.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell G.jpg|200px]] || [[Datei:Testmodell H.jpg|200px]]
|-
| '''0,2 mm Düse''' || '''0,4 mm Düse''' || '''0,6 mm Düse''' || '''0,8 mm Düse'''
|}

= Fazit =

Die Untersuchung zum Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser im FDM-3D-Druck verdeutlicht, dass die Wahl des Düsendurchmessers maßgeblich über die Qualität und Effizienz des Druckergebnisses entscheidet. Je nach Anforderung an Maßhaltigkeit, Detailtreue, Oberflächenqualität und Fertigungszeit ergibt sich ein differenziertes Bild, das keine pauschale Empfehlung erlaubt, sondern eine gezielte Auswahl erfordert.

Die feinste untersuchte Düse mit '''0,2 mm''' erzielte in nahezu allen getesteten Kriterien die besten Resultate. Sie lieferte eine exzellente Maßhaltigkeit, detailreiche und glatte Oberflächen sowie eine besonders präzise Wiedergabe von feinen Strukturen. Gerade filigrane Schriftzüge und komplexe Geometrien konnten damit in hoher Qualität umgesetzt werden. Die Kehrseite dieser hohen Präzision ist jedoch eine deutlich verlängerte Druckzeit von bis zu '''2 Stunden und 40 Minuten''' für das Testobjekt. In vielen praktischen Anwendungen – etwa im Prototypenbau mit häufigen Iterationen – ist diese lange Fertigungsdauer ein nicht zu vernachlässigender Nachteil.

Die '''0,4 mm-Düse''' stellte im Versuch den besten Kompromiss zwischen Qualität und Effizienz dar. Die Modelle wiesen eine gute Maßhaltigkeit und Detailwiedergabe auf, bei gleichzeitig akzeptabler Druckzeit von '''1 Stunde und 33 Minuten'''. Diese Düsengröße bietet sich besonders dann an, wenn eine gewisse optische Qualität gefordert ist, der Zeitaufwand jedoch begrenzt bleiben soll. In der Praxis ist sie daher häufig der Standard für viele FDM-Anwendungen.

Mit der '''0,6 mm-Düse''' wurde ein Übergang in Richtung gröberer Druckqualität sichtbar. Zwar blieb die Maßhaltigkeit bei größeren Geometrien noch akzeptabel, bei feinen Strukturen und Detailbereichen zeigten sich jedoch vermehrt Unschärfen, Materialanhäufungen und ein Verlust an Lesbarkeit kleiner Schriftzüge. Auch die Brückenqualität verschlechterte sich leicht. Die Druckzeit reduzierte sich auf '''1 Stunde und 10 Minuten''', was den Einsatz für robuste, weniger fein strukturierte Bauteile rechtfertigen kann – etwa im funktionalen Prototyping oder für großflächige Gehäuse.

Die '''0,8 mm-Düse''' schließlich zeigte die deutlichsten Schwächen im Detailbereich. Maßabweichungen, insbesondere bei kleinen Durchmessern und dünnen Wänden, lagen deutlich über dem Sollwert. Auch die Oberflächenqualität verschlechterte sich spürbar, was sich besonders in Form von sichtbaren Schichtlinien und ausgeprägtem „Stringing“ äußerte. Dafür lag die Druckzeit mit nur '''55 Minuten''' weit unter allen anderen getesteten Varianten. Für einfache, großvolumige Bauteile mit geringem Anspruch an Präzision kann diese Düsengröße dennoch sinnvoll eingesetzt werden.

Die nachfolgende Übersicht fasst die zentralen Bewertungsergebnisse der vier Düsendurchmesser zusammen:

{| class="wikitable" style="text-align: center;"
! Düsendurchmesser !! Detailtreue !! Maßhaltigkeit !! Oberflächenqualität !! Druckzeit
|-
| '''0,2 mm''' || ★★★★★ || ★★★★★ || ★★★★★ || ★☆☆☆☆
|-
| '''0,4 mm''' || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★☆☆☆
|-
| '''0,6 mm''' || ★★☆☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★★☆
|-
| '''0,8 mm''' || ★☆☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★★★★
|}

Insgesamt lässt sich festhalten: Eine kleinere Düse liefert die qualitativ hochwertigeren Ergebnisse, ist aber mit längerer Druckzeit verbunden. Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigen Effizienz und Materialdurchsatz, allerdings auf Kosten von Präzision und Detailtreue. Die Wahl des geeigneten Düsendurchmessers sollte daher stets in Abhängigkeit vom gewünschten Einsatzzweck und dem jeweiligen Qualitätsanspruch erfolgen.

== Literatur ==
<references>
<ref name="cadmodell">majda107: ''All In One 3D Printer test''. Veröffentlicht auf Thingiverse. Lizenz: [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ CC BY 4.0]. URL: https://www.thingiverse.com/thing:2656594 (Zugriff am: 09.05.2025).</ref>
</references>

Datei:Testmodell H.jpg

2025-06-17T17:20:13Z

Simon Besl:

Anycubic i3 mega S - Cura - 0,8mm Düse

Datei:Testmodell G.jpg

2025-06-17T17:19:54Z

Simon Besl:

Anycubic i3 mega S - Cura - 0,6mm Düse

Datei:Testmodell F.jpg

2025-06-17T17:19:34Z

Simon Besl:

Anycubic i3 mega S - Cura - 0,2mm Düse

Datei:Testmodell E.jpg

2025-06-17T17:19:06Z

Simon Besl:

Anycubic i3 mega S - Orca - 0,4mm Düse

Datei:Testmodell D.jpg

2025-06-17T17:18:16Z

Simon Besl:

Anycubic i3 mega S - PrusaSlicer - 0,4mm Düse

Datei:Testmodell C.jpg

2025-06-17T17:17:38Z

Simon Besl:

Anycubic i3 mega S - Cura - 0,4mm Düse

Datei:Testmodell B.jpg

2025-06-17T17:15:37Z

Simon Besl:

Prusa MK4s - PrusaSlicer 0,4mm

Datei:Testmodell A.jpg

2025-06-17T17:13:16Z

Simon Besl:

Copymaster3D Voron - Orca 0,4mm

Slicer

2025-06-16T08:01:04Z

Simon Besl:

= Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf das Druckergebnis, Simon Besl, 05.06.2025 =

Die Slicer-Software stellt die zentrale Schnittstelle zwischen 3D-Modell und dem eigentlichen Druckprozess dar. Sie übersetzt geometrische Informationen aus CAD-Dateien in maschinenlesbaren G-Code und hat damit maßgeblichen Einfluss auf das Druckergebnis.
Ziel dieses Vergleichs ist es, herauszufinden, welchen Einfluss unterschiedliche Slicer auf die Oberflächenqualität, Detailwiedergabe und das Druckverhalten haben – und das bei identischen Druckparametern. Dazu wurden drei verbreitete Programme unter möglichst standardisierten Bedingungen getestet: Cura, OrcaSlicer und PrusaSlicer. Besonderes Augenmerk lag auf der Frage, ob sich trotz gleicher Einstellungen Unterschiede in Maßhaltigkeit, Stringing-Verhalten oder Druckbild feststellen lassen.
Darüber hinaus wird untersucht, welche Funktionen die einzelnen Programme bieten und welche Auswirkungen sie auf das Druckverhalten haben, etwa bei Bewegungsabläufen oder der Lautstärke während des Drucks.

__TOC__

== Verwendete Slicer ==

Für den Vergleich wurden drei gängige Slicer ausgewählt, die sich in Herkunft, Funktionsweise und Benutzerführung deutlich unterscheiden. Ziel war es, zu untersuchen, wie sich die Software bei identischen Druckparametern auf Druckqualität, Verhalten und Geschwindigkeit auswirkt – sowohl aus technischer als auch aus subjektiver Sicht.

=== Cura (von UltiMaker) ===
Cura gehört zu den bekanntesten und am weitesten verbreiteten Slicern im FDM-Bereich. Die Software wird von UltiMaker als Open-Source-Projekt entwickelt und ständig weiter gepflegt.
Praktisch ist die große Auswahl an Voreinstellungen für verschiedene Druckermodelle und Materialien. Cura gilt als einfach, vielseitig und einsteigerfreundlich – gerade auch durch die große Community im Hintergrund.

=== PrusaSlicer (von Prusa Research) ===
PrusaSlicer basiert ursprünglich auf Slic3r, wurde aber von Prusa stark weiterentwickelt und mit vielen praktischen Funktionen ergänzt. Auch dieses Programm ist quelloffen, wird regelmäßig aktualisiert und funktioniert nicht nur mit Prusa-Druckern.
Besonders hervorzuheben sind Features wie adaptive Schichthöhen, präzise Einstellmöglichkeiten für den Materialfluss und die Möglichkeit, benutzerdefinierte Druckstrategien umzusetzen. Für technisch interessierte Nutzer bietet PrusaSlicer viele Eingriffsmöglichkeiten.

=== OrcaSlicer (Community-Projekt) ===
OrcaSlicer ist ein Fork von Bambu Studio, das wiederum auf PrusaSlicer basiert. Im Gegensatz zu Bambu Studio ist OrcaSlicer nicht an bestimmte Drucker gebunden und wird herstellerunabhängig weiterentwickelt. Die Software ist Open Source und sehr aktiv betreut.

=== Nicht berücksichtigt: Bambu Studio und Simplify3D ===
Bambu Studio wurde trotz seiner weiten Verbreitung bewusst außen vor gelassen, da es funktional nahezu identisch mit OrcaSlicer ist, aber stark an die Drucker von Bambu Lab gebunden ist.
Teure Profiprogramme wie Simplify3D wurden aufgrund ihrer Lizenzkosten ebenfalls nicht getestet, da sie im Hochschulkontext weniger relevant sind.

<gallery widths=300px heights=200px>
Datei:Cura5.10 Interface.png|Benutzeroberfläche des Cura-Slicers
Datei:OrcaSlicer2.3.0 Interface.png|Benutzeroberfläche des OrcaSlicer
Datei:PrusaSlicer2.9.2 Interface.png|Benutzeroberfläche des PrusaSlicer
</gallery>

== Bedeutung der Druckerkonfiguration im Slicer ==
Bevor ein Modell überhaupt gesliced werden kann, muss der Slicer wissen, auf welchem Drucker es später gefertigt wird. Diese Information ist weit mehr als nur eine formale Auswahl. Sie legt fest, welche Druckereigenschaften bei der Erzeugung des G-Codes berücksichtigt werden. Dazu zählen unter anderem die maximalen Verfahrwege der Achsen, die Größe des Druckbetts, der verwendete Düsentyp, das Heizverhalten sowie gerätespezifische Start- und Endbefehle.

Auch die Art und Position des Extruders, beispielsweise ein Bowden oder Direct Drive, beeinflussen die Steuerung des Materialflusses und damit die Retraction-Parameter. Funktionen wie eine automatische Kalibrierung, individuelle Lüftersteuerung oder spezielle Sensoren (z. B. für Filament-Ende oder Z-Homing) müssen ebenfalls bekannt sein, damit der erzeugte G-Code mit der Druckerhardware harmoniert.

Nur wenn das hinterlegte Druckerprofil mit der realen Hardware übereinstimmt, kann der G-Code korrekt und sicher erzeugt werden. Ist beispielsweise ein falscher Bauraum definiert, besteht das Risiko, dass der Druckkopf versucht über das tatsächliche Druckbett hinauszufahren. Im schlimmsten Fall besteht das Risiko mechanischer Schäden. Auch unrealistische Temperaturen, fehlerhafte Extrusionsmengen oder inkompatible Firmwarebefehle sind typische Folgen einer falsch konfigurierten Umgebung.

Besonders problematisch sind unbemerkte Abweichungen bei der Düsengröße oder der Druckbettheizung. In solchen Fällen kann die Druckqualität erheblich leiden, ohne dass direkt erkennbar ist, woran es liegt. In der Praxis zeigt sich das häufig durch mangelhafte Haftung, ungleichmäßige Schichtbilder oder unsaubere Bewegungsabläufe.

== Testaufbau ==

Für den Slicer-Vergleich wurde derselbe Versuchsaufbau verwendet wie im Arbeitspaket zur Untersuchung des '''[[Düsendurchmesser|Einflusses unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Die Details zu Drucker, Material, Testmodell und den allgemeinen Druckparametern sind dort ausführlich dokumentiert.

Zur Wiederholung in Kürze: Gedruckt wurde mit einem '''Anycubic i3 Mega S''' und einer '''0,4 mm-Düse''' unter konstanten Bedingungen. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Als Testobjekt diente ein speziell konstruiertes Modell mit typischen Geometrien zur Beurteilung von Detailwiedergabe, Überhangverhalten und Maßhaltigkeit.

Für diese Untersuchung wurde ausschließlich die Softwareseite verändert. Die Hardware, das Modell und die Slicereinstellungen (z. B. Schichthöhe, Temperatur, Geschwindigkeit, Retraction) blieben in allen Fällen identisch. So lassen sich Unterschiede im Druckbild eindeutig auf den jeweils verwendeten Slicer zurückführen.

== Einstellmöglichkeiten und Detaillierungsgrad ==

Alle drei getesteten Slicer bieten umfangreiche Möglichkeiten zur Anpassung der Druckparameter. Neben grundlegenden Einstellungen wie Temperatur, Geschwindigkeit und Schichthöhe lassen sich auch viele erweiterte Funktionen steuern wie Retract-Verhalten, Kühlung oder spezielle Strategien für Außenwände und Infill.

Die Slicer bieten eine Auswahl über welche die sichtbaren Optionen je nach Erfahrungsstufen gesteuert werden. So lassen sich je nach Kenntnisstand gezielt mehr oder weniger Einstellungen anzeigen, ohne die Oberfläche zu überladen.

Unterschiede zeigen sich vor allem bei speziellen Funktionen. Im PrusaSlicer besteht die Möglichkeit, das Modell vertikal in Abschnitte zu unterteilen und für jede Zone eigene Druckparameter zu vergeben. Damit lassen sich gezielt bestimmte Bereiche stabiler, detaillierter oder schneller drucken. Cura und OrcaSlicer bieten dagegen eine Funktion zur automatischen Anpassung der Schichthöhe, abhängig von der Neigung der Oberfläche. Diese Funktion ist bei Cura schon länger verfügbar, allerdings noch als experimentell gekennzeichnet. OrcaSlicer nutzt das gleiche Prinzip, allerdings mit besserer Integration und deutlich stabilerer Vorschau.

Auch beim Thema Vorschau und Druckzeitschätzung gibt es Unterschiede. Während Cura eine klassische Vorschau mit Farbverlauf je Schicht bietet, stellt PrusaSlicer und OrcaSlicer auch Bewegungsarten und Extrusionsmengen präzise dar. Die geschätzten Druckzeiten bleiben Softwareübergreifend in etwa gleich.

Insgesamt lässt sich sagen, dass alle getesteten Programme einen hohen Detaillierungsgrad ermöglichen. PrusaSlicer richtet sich besonders an erfahrene Nutzer, die gezielt Eingriff in einzelne Bereiche nehmen wollen. Cura bietet eine breite Basis an Funktionen mit besonders vielen vorkonfigurierten Profilen. OrcaSlicer kombiniert viele Vorteile beider Programme mit moderner Oberfläche und sinnvoller Strukturierung.

== G-Code-Analyse ==
Obwohl für alle drei Slicer dasselbe CAD-Modell verwendet wurde, zeigen die erzeugten G-Code-Dateien zum Teil deutlich unterschiedliche Strukturen. Diese Unterschiede betreffen nicht nur die Reihenfolge der Druckschritte, sondern auch deren technische Umsetzung. Dadurch kann es zu spürbaren Unterschieden im tatsächlichen Druckbild kommen, selbst dann, wenn die wesentlichen Parameter auf den ersten Blick identisch erscheinen.

Ein zentraler Unterschied zeigt sich in der Reihenfolge, in der die Druckpfade abgearbeitet werden. Während Cura und PrusaSlicer die Außenkonturen des Modells meist vor dem Infill drucken, erzeugt OrcaSlicer die Außenwand häufig erst nach dem inneren Füllmuster. Diese Reihenfolge kann sich auf die Kantenschärfe und das Erscheinungsbild von Überhängen auswirken, insbesondere bei komplexeren Geometrien.

Auch das Retraction-Verhalten unterscheidet sich zwischen den Programmen. Cura führt bei vergleichbaren Einstellungen tendenziell mehr Rückzugsbewegungen und Reisewege durch als OrcaSlicer. Letzterer geht sparsamer mit Travel-Moves um, was in der Praxis einen ruhigeren Materialfluss und ein reduziertes Stringing begünstigen kann. Gleichzeitig bedeutet das aber auch, dass Cura potenziell besser darin ist, unerwünschtes Materialtröpfeln in filigranen Bereichen zu vermeiden.

Ein weiterer Aspekt ist die Position der Layerwechsel. PrusaSlicer versetzt den Wechsel der Druckhöhe meist dezent zur Seite, während Cura die Z-Hops oft nahe am Objektursprung durchführt. OrcaSlicer platziert den Layerwechsel bevorzugt auf ohnehin zurückgezogene Positionen, was optisch glattere Nähte zur Folge haben kann. Der sichtbare Nahtverlauf entlang der Z-Achse wird dadurch unter Umständen reduziert.

Auch bei der Bewegungsplanung gibt es Unterschiede. Cura erzeugt deutlich kleinteiligere Bewegungssegmente, wodurch die Bewegungspfade stärker unterteilt sind. Dies kann in feineren Details resultieren, führt jedoch auch zu häufigeren Beschleunigungswechseln. PrusaSlicer wirkt an dieser Stelle etwas effizienter und fasst ähnliche Bewegungen stärker zusammen. OrcaSlicer wiederum erzeugt auffallend gleichmäßige Bewegungsmuster mit stabiler Geschwindigkeit, was sich in einem besonders ruhigen Druckverlauf niederschlagen kann – sowohl visuell als auch akustisch.

Nicht zuletzt enthalten die G-Code-Dateien auch Unterschiede im Aufbau und in der Metainformation. OrcaSlicer fügt beispielsweise automatisch strukturierte Angaben wie Modellhöhe, Layerzahl oder auch eine Vorschauminiatur ein. Diese Zusatzinformationen sind hilfreich für die spätere Dokumentation oder bei der Verwendung von Druckmonitoring-Systemen.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurden auch beim Slicer-Vergleich sowohl subjektive als auch objektive Bewertungsmethoden herangezogen. Neben einer Laienumfrage zur Erfassung des Gesamteindrucks erfolgte eine technische Einschätzung anhand sichtbarer Druckmerkmale wie Oberfläche, Detailwiedergabe und Stringing-Verhalten.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===
Um einen unverfälschten Eindruck der Druckqualität aus Sicht ungeschulter Personen zu erhalten, wurde eine anonyme digitale Umfrage mit den drei getesteten Slicer-Ausgaben durchgeführt. Die Teilnehmenden erhielten die Modelle ohne Hintergrundinformationen und sollten anhand des Erscheinungsbilds bewerten, wie gelungen sie die Druckqualität empfinden würden – vergleichbar mit der Situation, in der ein Kunde ein Bauteil aus der Serienfertigung zur Prüfung in der Hand hält. Bewertet wurde auf einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Laienvergleich Slicer.png|mini]]

Im Ergebnis lagen die Bewertungen aller drei Slicer nah beieinander:
Cura und PrusaSlicer erhielten jeweils eine durchschnittliche Bewertung von 5,06, OrcaSlicer lag mit 4,69 geringfügig darunter.
Die Unterschiede sind damit gering, aber dennoch erkennbar. Das Modell aus OrcaSlicer wurde von Laien etwas kritischer bewertet, was auf einen geringeren subjektiven Gesamteindruck hindeutet – etwa durch weniger saubere Kanten oder sichtbare Artefakte. Die anderen beiden Varianten schnitten gleichauf ab und wurden als durchschnittlich gut wahrgenommen.

=== Eigene Einschätzung ===

In der eigenen Beurteilung der Druckqualität wurden verschiedene Merkmale wie Stringing, Materialansammlungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen berücksichtigt. Dabei traten zwischen den Slicern durchaus erkennbare Unterschiede zutage.

Cura zeigte insgesamt ein sehr gutes Druckbild mit gleichmäßiger Oberfläche und minimaler Schichtversetzung. Besonders positiv fiel die Darstellung der feinen Schrift auf. Auch das Stringing war gering, lediglich bei Brücken war ein leichtes Einsacken zu beobachten, das jedoch in einem vertretbaren Rahmen blieb.

PrusaSlicer überzeugte mit sauberem Brückenergebnis und hervorragender Überhangqualität. Die Druckoberfläche war etwas matter, aber sehr gleichmäßig. Allerdings fiel eine etwas weichere Kantendarstellung bei Schriftzügen auf. Die Layerstabilität war ausgezeichnet.

OrcaSlicer lag insgesamt leicht hinter den anderen beiden Programmen, zeigte jedoch ebenfalls solide Ergebnisse. In einigen Fällen waren kleine Materialanhäufungen sichtbar, auch das Stringing war minimal stärker ausgeprägt. Die Druckoberfläche erschien weniger fein, dafür war das Schriftbild klar und gut lesbar. Layerfehler traten keine auf.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle drei Slicer zu technisch sauberen Druckergebnissen führten. Die Unterschiede zeigten sich eher im Detail und in der optischen Wirkung der Oberflächen. Cura und PrusaSlicer lieferten sehr ähnliche, hochwertige Resultate, während OrcaSlicer geringfügig weniger präzise wirkte, aber insgesamt ein rundes Ergebnis zeigte.

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Slicer-Ergebnisse wurden ausgewählte Maße des Testobjekts vermessen und mit den CAD-Sollwerten verglichen. Die Messung umfasste sowohl Zylinderdurchmesser (2 mm bis 5 mm) und Höhen, als auch Brückenlängen sowie dünne Wandstärken. Ziel war es, zu prüfen, inwieweit sich Unterschiede in der Maßhaltigkeit trotz identischer Slicereinstellungen feststellen lassen.

Die Ergebnisse zeigen, dass alle getesteten Slicer eine gute bis sehr gute Maßtreue im Bereich der geometrischen Hauptmerkmale erzielen. Die größte Übereinstimmung mit den Sollwerten zeigten Cura und PrusaSlicer, deren Modelle bei fast allen Zylinderdurchmessern und Höhen nur minimale Abweichungen aufwiesen. Bei der 2 mm-Bohrung und den Brückenspannweiten lagen beide Programme nahezu exakt auf dem Zielwert.

OrcaSlicer schnitt ebenfalls solide ab, zeigte jedoch bei feinen Strukturen wie dem 2 mm-Zylinder und den mittleren Durchmessern eine leicht erhöhte Abweichung. Hier lagen die gemessenen Werte tendenziell unterhalb der Zielvorgabe, was auf eine geringfügige Unterextrusion oder feinere Pfadberechnung hindeuten könnte. Die restlichen Werte, insbesondere bei der Brückenspannweite und der Außenwand, stimmen mit den anderen Programmen überein.

Insgesamt liegen die Abweichungen bei allen Slicern in einem praxisgerechten Bereich. Die Unterschiede sind messbar, aber gering und dürften im Alltagsgebrauch kaum auffallen. Dennoch zeigt sich, dass die exakte Umsetzung des CAD-Modells von der jeweiligen Software leicht unterschiedlich interpretiert wird. Besonders bei hoher Maßanforderung kann sich die Wahl des Slicers damit in einzelnen Details bemerkbar machen.

= Fazit und Empfehlung =

Die Untersuchung zeigt, dass die Wahl der Slicer-Software einen spürbaren Einfluss auf das Druckergebnis haben kann, obwohl die grundlegenden Druckparameter weitgehend identisch gehalten wurden. Die Unterschiede entstehen nicht durch die Bedienfehler oder Materialabweichungen, sondern durch die Art und Weise, wie die Programme den G-Code erzeugen und interne Druckstrategien umsetzen.

Cura und PrusaSlicer lieferten in diesem Vergleich insgesamt die besten Resultate. Beide erzeugten saubere Oberflächen, zeigten wenig Stringing und lieferten gute Ergebnisse in Bezug auf Maßhaltigkeit und Detailwiedergabe. OrcaSlicer schnitt leicht schwächer ab, lieferte aber dennoch solide Resultate. Gerade bei der Oberflächenqualität und der Linienführung gab es kleinere Abweichungen, die sich auch subjektiv in der Laienumfrage widerspiegelten.

Bemerkenswert war, dass die objektiv vermessene Maßhaltigkeit bei allen Programmen auf ähnlichem Niveau lag. Dennoch wurde OrcaSlicer von den Befragten weniger positiv bewertet – ein Hinweis darauf, dass visuelle Merkmale wie Glätte oder regelmäßige Schichtbilder einen stärkeren Einfluss auf die Gesamtwahrnehmung haben als kleine Maßabweichungen.

Darüber hinaus unterscheiden sich die Programme in ihrer Benutzerführung und Funktionsvielfalt. Cura punktet durch Einsteigerfreundlichkeit, PrusaSlicer bietet die größte Kontrolle und Flexibilität, während OrcaSlicer mit einer modernen Oberfläche und aktiver Weiterentwicklung überzeugt.

Für Anwender mit Fokus auf einfache Bedienung und gute Voreinstellungen ist Cura eine sehr gute Wahl. Wer maximale Kontrolle über alle Parameter möchte und auch komplexe Druckstrategien umsetzen will, findet im PrusaSlicer ein starkes Werkzeug. OrcaSlicer eignet sich vor allem für technisch versierte Nutzer, die bereit sind, auch aktuelle Community-Features zu nutzen und den Slicer aktiv an ihre Bedürfnisse anzupassen.

Insgesamt ist festzuhalten, dass keine der getesteten Slicer grundsätzlich ungeeignet ist – die Unterschiede liegen in Nuancen, die je nach Anwendungsfall und persönlichem Anspruch mehr oder weniger relevant sind.

= Ausblick und Kritik am Vorgehen =

Die vorliegende Untersuchung verfolgte das Ziel, die Unterschiede zwischen verschiedenen Slicer-Programmen möglichst objektiv herauszuarbeiten. Um die Vergleichbarkeit sicherzustellen, wurden die Druckparameter in allen getesteten Programmen so weit wie möglich angeglichen. Erweiterte Funktionen, die in einzelnen Slicern zur Optimierung der Druckqualität zur Verfügung stehen, wurden bewusst nicht genutzt, um die technische Basis der jeweiligen Slicer-Engines zu vergleichen.

Diese Entscheidung bringt jedoch auch Einschränkungen mit sich. Ein möglicher Kritikpunkt am gewählten Ansatz ist, dass Programme mit besseren Funktionen dadurch unter Umständen benachteiligt werden. So bleibt beispielsweise unberücksichtigt, ob ein Slicer über zusätzliche Algorithmen zur Optimierung von Schichtübergängen, automatischer Linienbreitenanpassung oder intelligenter Bewegungsplanung verfügt – obwohl genau solche Funktionen in der Praxis einen spürbaren Unterschied machen können.

Alternativ wäre es denkbar, die Programme nicht unter exakt gleichen Einstellungen zu vergleichen, sondern sie jeweils mit ihrer eigenen Voreinstellung in der empfohlenen Konfiguration zu testen. Das würde dem typischen Verhalten von Laien oder durchschnittlichen Nutzern eher entsprechen und dem jeweiligen Programm die Möglichkeit geben, seine Stärken auszuspielen. In diesem Fall würde der Vergleich stärker die Benutzerfreundlichkeit und Praxistauglichkeit betonen, allerdings zulasten der technischen Vergleichbarkeit.

Ein weiterer Ansatz könnte darin bestehen, zwei getrennte Vergleichsmethoden anzuwenden: einen „standardisierten Test“, wie hier durchgeführt, und einen „realistischen Test“, bei dem jedes Programm mit seinen eigenen Stärken genutzt wird. So ließen sich beide Perspektiven gegenüberstellen.

Für künftige Untersuchungen wäre es sinnvoll, diese unterschiedlichen Ansätze gezielt gegeneinander abzuwägen oder miteinander zu kombinieren. Das könnte nicht nur zu einer differenzierteren Bewertung führen, sondern auch praxisnähere Empfehlungen für verschiedene Anwendergruppen ermöglichen.

Slicer

2025-06-15T17:06:14Z

Simon Besl:

= Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf das Druckergebnis, Simon Besl, 05.06.2025 =

Die Slicer-Software stellt die zentrale Schnittstelle zwischen 3D-Modell und dem eigentlichen Druckprozess dar. Sie übersetzt geometrische Informationen aus CAD-Dateien in maschinenlesbaren G-Code und hat damit maßgeblichen Einfluss auf das Druckergebnis.
Ziel dieses Vergleichs ist es, herauszufinden, welchen Einfluss unterschiedliche Slicer auf die Oberflächenqualität, Detailwiedergabe und das Druckverhalten haben – und das bei identischen Druckparametern. Dazu wurden drei verbreitete Programme unter möglichst standardisierten Bedingungen getestet: Cura, OrcaSlicer und PrusaSlicer. Besonderes Augenmerk lag auf der Frage, ob sich trotz gleicher Einstellungen Unterschiede in Maßhaltigkeit, Stringing-Verhalten oder Druckbild feststellen lassen.
Darüber hinaus wird untersucht, welche Funktionen die einzelnen Programme bieten und welche Auswirkungen sie auf das Druckverhalten haben, etwa bei Bewegungsabläufen oder der Lautstärke während des Drucks.

__TOC__

== Verwendete Slicer ==

Für den Vergleich wurden drei gängige Slicer ausgewählt, die sich in Herkunft, Funktionsweise und Benutzerführung deutlich unterscheiden. Ziel war es, zu untersuchen, wie sich die Software bei identischen Druckparametern auf Druckqualität, Verhalten und Geschwindigkeit auswirkt – sowohl aus technischer als auch aus subjektiver Sicht.

=== Cura (von UltiMaker) ===
Cura gehört zu den bekanntesten und am weitesten verbreiteten Slicern im FDM-Bereich. Die Software wird von UltiMaker als Open-Source-Projekt entwickelt und ständig weiter gepflegt.
Praktisch ist die große Auswahl an Voreinstellungen für verschiedene Druckermodelle und Materialien. Cura gilt als einfach, vielseitig und einsteigerfreundlich – gerade auch durch die große Community im Hintergrund.

=== PrusaSlicer (von Prusa Research) ===
PrusaSlicer basiert ursprünglich auf Slic3r, wurde aber von Prusa stark weiterentwickelt und mit vielen praktischen Funktionen ergänzt. Auch dieses Programm ist quelloffen, wird regelmäßig aktualisiert und funktioniert nicht nur mit Prusa-Druckern.
Besonders hervorzuheben sind Features wie adaptive Schichthöhen, präzise Einstellmöglichkeiten für den Materialfluss und die Möglichkeit, benutzerdefinierte Druckstrategien umzusetzen. Für technisch interessierte Nutzer bietet PrusaSlicer viele Eingriffsmöglichkeiten.

=== OrcaSlicer (Community-Projekt) ===
OrcaSlicer ist ein Fork von Bambu Studio, das wiederum auf PrusaSlicer basiert. Im Gegensatz zu Bambu Studio ist OrcaSlicer nicht an bestimmte Drucker gebunden und wird herstellerunabhängig weiterentwickelt. Die Software ist Open Source und sehr aktiv betreut.

=== Nicht berücksichtigt: Bambu Studio und Simplify3D ===
Bambu Studio wurde trotz seiner weiten Verbreitung bewusst außen vor gelassen, da es funktional nahezu identisch mit OrcaSlicer ist, aber stark an die Drucker von Bambu Lab gebunden ist.
Teure Profiprogramme wie Simplify3D wurden aufgrund ihrer Lizenzkosten ebenfalls nicht getestet, da sie im Hochschulkontext weniger relevant sind.

<gallery widths=300px heights=200px>
Datei:Cura5.10 Interface.png|Benutzeroberfläche des Cura-Slicers
Datei:OrcaSlicer2.3.0 Interface.png|Benutzeroberfläche des OrcaSlicer
Datei:PrusaSlicer2.9.2 Interface.png|Benutzeroberfläche des PrusaSlicer
</gallery>

== Bedeutung der Druckerkonfiguration im Slicer ==
Bevor ein Modell überhaupt gesliced werden kann, muss der Slicer wissen, auf welchem Drucker es später gefertigt wird. Diese Information ist weit mehr als nur eine formale Auswahl. Sie legt fest, welche Druckereigenschaften bei der Erzeugung des G-Codes berücksichtigt werden. Dazu zählen unter anderem die maximalen Verfahrwege der Achsen, die Größe des Druckbetts, der verwendete Düsentyp, das Heizverhalten sowie gerätespezifische Start- und Endbefehle.

Auch die Art und Position des Extruders, beispielsweise ein Bowden oder Direct Drive, beeinflussen die Steuerung des Materialflusses und damit die Retraction-Parameter. Funktionen wie eine automatische Kalibrierung, individuelle Lüftersteuerung oder spezielle Sensoren (z. B. für Filament-Ende oder Z-Homing) müssen ebenfalls bekannt sein, damit der erzeugte G-Code mit der Druckerhardware harmoniert.

Nur wenn das hinterlegte Druckerprofil mit der realen Hardware übereinstimmt, kann der G-Code korrekt und sicher erzeugt werden. Ist beispielsweise ein falscher Bauraum definiert, besteht das Risiko, dass der Druckkopf versucht über das tatsächliche Druckbett hinauszufahren. Im schlimmsten Fall besteht das Risiko mechanischer Schäden. Auch unrealistische Temperaturen, fehlerhafte Extrusionsmengen oder inkompatible Firmwarebefehle sind typische Folgen einer falsch konfigurierten Umgebung.

Besonders problematisch sind unbemerkte Abweichungen bei der Düsengröße oder der Druckbettheizung. In solchen Fällen kann die Druckqualität erheblich leiden, ohne dass direkt erkennbar ist, woran es liegt. In der Praxis zeigt sich das häufig durch mangelhafte Haftung, ungleichmäßige Schichtbilder oder unsaubere Bewegungsabläufe.

== Testaufbau ==

Für den Slicer-Vergleich wurde derselbe Versuchsaufbau verwendet wie im Arbeitspaket zur Untersuchung des '''[[Düsendurchmesser|Einflusses unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Die Details zu Drucker, Material, Testmodell und den allgemeinen Druckparametern sind dort ausführlich dokumentiert.

Zur Wiederholung in Kürze: Gedruckt wurde mit einem '''Anycubic i3 Mega S''' und einer '''0,4 mm-Düse''' unter konstanten Bedingungen. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Als Testobjekt diente ein speziell konstruiertes Modell mit typischen Geometrien zur Beurteilung von Detailwiedergabe, Überhangverhalten und Maßhaltigkeit.

Für diese Untersuchung wurde ausschließlich die Softwareseite verändert. Die Hardware, das Modell und die Slicereinstellungen (z. B. Schichthöhe, Temperatur, Geschwindigkeit, Retraction) blieben in allen Fällen identisch. So lassen sich Unterschiede im Druckbild eindeutig auf den jeweils verwendeten Slicer zurückführen.

== Einstellmöglichkeiten und Detaillierungsgrad ==

Alle drei getesteten Slicer bieten umfangreiche Möglichkeiten zur Anpassung der Druckparameter. Neben grundlegenden Einstellungen wie Temperatur, Geschwindigkeit und Schichthöhe lassen sich auch viele erweiterte Funktionen steuern wie Retract-Verhalten, Kühlung oder spezielle Strategien für Außenwände und Infill.

Die Slicer bieten eine Auswahl über welche die sichtbaren Optionen je nach Erfahrungsstufen gesteuert werden. So lassen sich je nach Kenntnisstand gezielt mehr oder weniger Einstellungen anzeigen, ohne die Oberfläche zu überladen.

Unterschiede zeigen sich vor allem bei speziellen Funktionen. Im PrusaSlicer besteht die Möglichkeit, das Modell vertikal in Abschnitte zu unterteilen und für jede Zone eigene Druckparameter zu vergeben. Damit lassen sich gezielt bestimmte Bereiche stabiler, detaillierter oder schneller drucken. Cura und OrcaSlicer bieten dagegen eine Funktion zur automatischen Anpassung der Schichthöhe, abhängig von der Neigung der Oberfläche. Diese Funktion ist bei Cura schon länger verfügbar, allerdings noch als experimentell gekennzeichnet. OrcaSlicer nutzt das gleiche Prinzip, allerdings mit besserer Integration und deutlich stabilerer Vorschau.

Auch beim Thema Vorschau und Druckzeitschätzung gibt es Unterschiede. Während Cura eine klassische Vorschau mit Farbverlauf je Schicht bietet, stellt PrusaSlicer und OrcaSlicer auch Bewegungsarten und Extrusionsmengen präzise dar. Die geschätzten Druckzeiten bleiben Softwareübergreifend in etwa gleich.

Insgesamt lässt sich sagen, dass alle getesteten Programme einen hohen Detaillierungsgrad ermöglichen. PrusaSlicer richtet sich besonders an erfahrene Nutzer, die gezielt Eingriff in einzelne Bereiche nehmen wollen. Cura bietet eine breite Basis an Funktionen mit besonders vielen vorkonfigurierten Profilen. OrcaSlicer kombiniert viele Vorteile beider Programme mit moderner Oberfläche und sinnvoller Strukturierung.

== G-Code-Analyse ==
Obwohl für alle drei Slicer dasselbe CAD-Modell verwendet wurde, zeigen die erzeugten G-Code-Dateien zum Teil deutlich unterschiedliche Strukturen. Diese Unterschiede betreffen nicht nur die Reihenfolge der Druckschritte, sondern auch deren technische Umsetzung. Dadurch kann es zu spürbaren Unterschieden im tatsächlichen Druckbild kommen, selbst dann, wenn die wesentlichen Parameter auf den ersten Blick identisch erscheinen.

Ein zentraler Unterschied zeigt sich in der Reihenfolge, in der die Druckpfade abgearbeitet werden. Während Cura und PrusaSlicer die Außenkonturen des Modells meist vor dem Infill drucken, erzeugt OrcaSlicer die Außenwand häufig erst nach dem inneren Füllmuster. Diese Reihenfolge kann sich auf die Kantenschärfe und das Erscheinungsbild von Überhängen auswirken, insbesondere bei komplexeren Geometrien.

Auch das Retraction-Verhalten unterscheidet sich zwischen den Programmen. Cura führt bei vergleichbaren Einstellungen tendenziell mehr Rückzugsbewegungen und Reisewege durch als OrcaSlicer. Letzterer geht sparsamer mit Travel-Moves um, was in der Praxis einen ruhigeren Materialfluss und ein reduziertes Stringing begünstigen kann. Gleichzeitig bedeutet das aber auch, dass Cura potenziell besser darin ist, unerwünschtes Materialtröpfeln in filigranen Bereichen zu vermeiden.

Ein weiterer Aspekt ist die Position der Layerwechsel. PrusaSlicer versetzt den Wechsel der Druckhöhe meist dezent zur Seite, während Cura die Z-Hops oft nahe am Objektursprung durchführt. OrcaSlicer platziert den Layerwechsel bevorzugt auf ohnehin zurückgezogene Positionen, was optisch glattere Nähte zur Folge haben kann. Der sichtbare Nahtverlauf entlang der Z-Achse wird dadurch unter Umständen reduziert.

Auch bei der Bewegungsplanung gibt es Unterschiede. Cura erzeugt deutlich kleinteiligere Bewegungssegmente, wodurch die Bewegungspfade stärker unterteilt sind. Dies kann in feineren Details resultieren, führt jedoch auch zu häufigeren Beschleunigungswechseln. PrusaSlicer wirkt an dieser Stelle etwas effizienter und fasst ähnliche Bewegungen stärker zusammen. OrcaSlicer wiederum erzeugt auffallend gleichmäßige Bewegungsmuster mit stabiler Geschwindigkeit, was sich in einem besonders ruhigen Druckverlauf niederschlagen kann – sowohl visuell als auch akustisch.

Nicht zuletzt enthalten die G-Code-Dateien auch Unterschiede im Aufbau und in der Metainformation. OrcaSlicer fügt beispielsweise automatisch strukturierte Angaben wie Modellhöhe, Layerzahl oder auch eine Vorschauminiatur ein. Diese Zusatzinformationen sind hilfreich für die spätere Dokumentation oder bei der Verwendung von Druckmonitoring-Systemen.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurden auch beim Slicer-Vergleich sowohl subjektive als auch objektive Bewertungsmethoden herangezogen. Neben einer Laienumfrage zur Erfassung des Gesamteindrucks erfolgte eine technische Einschätzung anhand sichtbarer Druckmerkmale wie Oberfläche, Detailwiedergabe und Stringing-Verhalten.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===
Um einen unverfälschten Eindruck der Druckqualität aus Sicht ungeschulter Personen zu erhalten, wurde eine anonyme digitale Umfrage mit den drei getesteten Slicer-Ausgaben durchgeführt. Die Teilnehmenden erhielten die Modelle ohne Hintergrundinformationen und sollten anhand des Erscheinungsbilds bewerten, wie gelungen sie die Druckqualität empfinden würden – vergleichbar mit der Situation, in der ein Kunde ein Bauteil aus der Serienfertigung zur Prüfung in der Hand hält. Bewertet wurde auf einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Laienvergleich Slicer.png|mini]]

Im Ergebnis lagen die Bewertungen aller drei Slicer nah beieinander:
Cura und PrusaSlicer erhielten jeweils eine durchschnittliche Bewertung von 5,06, OrcaSlicer lag mit 4,69 geringfügig darunter.
Die Unterschiede sind damit gering, aber dennoch erkennbar. Das Modell aus OrcaSlicer wurde von Laien etwas kritischer bewertet, was auf einen geringeren subjektiven Gesamteindruck hindeutet – etwa durch weniger saubere Kanten oder sichtbare Artefakte. Die anderen beiden Varianten schnitten gleichauf ab und wurden als durchschnittlich gut wahrgenommen.

=== Eigene Einschätzung ===

In der eigenen Beurteilung der Druckqualität wurden verschiedene Merkmale wie Stringing, Materialansammlungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen berücksichtigt. Dabei traten zwischen den Slicern durchaus erkennbare Unterschiede zutage.

Cura zeigte insgesamt ein sehr gutes Druckbild mit gleichmäßiger Oberfläche und minimaler Schichtversetzung. Besonders positiv fiel die Darstellung der feinen Schrift auf. Auch das Stringing war gering, lediglich bei Brücken war ein leichtes Einsacken zu beobachten, das jedoch in einem vertretbaren Rahmen blieb.

PrusaSlicer überzeugte mit sauberem Brückenergebnis und hervorragender Überhangqualität. Die Druckoberfläche war etwas matter, aber sehr gleichmäßig. Allerdings fiel eine etwas weichere Kantendarstellung bei Schriftzügen auf. Die Layerstabilität war ausgezeichnet.

OrcaSlicer lag insgesamt leicht hinter den anderen beiden Programmen, zeigte jedoch ebenfalls solide Ergebnisse. In einigen Fällen waren kleine Materialanhäufungen sichtbar, auch das Stringing war minimal stärker ausgeprägt. Die Druckoberfläche erschien weniger fein, dafür war das Schriftbild klar und gut lesbar. Layerfehler traten keine auf.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle drei Slicer zu technisch sauberen Druckergebnissen führten. Die Unterschiede zeigten sich eher im Detail und in der optischen Wirkung der Oberflächen. Cura und PrusaSlicer lieferten sehr ähnliche, hochwertige Resultate, während OrcaSlicer geringfügig weniger präzise wirkte, aber insgesamt ein rundes Ergebnis zeigte.

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Slicer-Ergebnisse wurden ausgewählte Maße des Testobjekts vermessen und mit den CAD-Sollwerten verglichen. Die Messung umfasste sowohl Zylinderdurchmesser (2 mm bis 5 mm) und Höhen, als auch Brückenlängen sowie dünne Wandstärken. Ziel war es, zu prüfen, inwieweit sich Unterschiede in der Maßhaltigkeit trotz identischer Slicereinstellungen feststellen lassen.

Die Ergebnisse zeigen, dass alle getesteten Slicer eine gute bis sehr gute Maßtreue im Bereich der geometrischen Hauptmerkmale erzielen. Die größte Übereinstimmung mit den Sollwerten zeigten Cura und PrusaSlicer, deren Modelle bei fast allen Zylinderdurchmessern und Höhen nur minimale Abweichungen aufwiesen. Bei der 2 mm-Bohrung und den Brückenspannweiten lagen beide Programme nahezu exakt auf dem Zielwert.

OrcaSlicer schnitt ebenfalls solide ab, zeigte jedoch bei feinen Strukturen wie dem 2 mm-Zylinder und den mittleren Durchmessern eine leicht erhöhte Abweichung. Hier lagen die gemessenen Werte tendenziell unterhalb der Zielvorgabe, was auf eine geringfügige Unterextrusion oder feinere Pfadberechnung hindeuten könnte. Die restlichen Werte, insbesondere bei der Brückenspannweite und der Außenwand, stimmen mit den anderen Programmen überein.

Insgesamt liegen die Abweichungen bei allen Slicern in einem praxisgerechten Bereich. Die Unterschiede sind messbar, aber gering und dürften im Alltagsgebrauch kaum auffallen. Dennoch zeigt sich, dass die exakte Umsetzung des CAD-Modells von der jeweiligen Software leicht unterschiedlich interpretiert wird. Besonders bei hoher Maßanforderung kann sich die Wahl des Slicers damit in einzelnen Details bemerkbar machen.

== Fazit und Empfehlung ==

Die Untersuchung zeigt, dass die Wahl der Slicer-Software einen spürbaren Einfluss auf das Druckergebnis haben kann, obwohl die grundlegenden Druckparameter weitgehend identisch gehalten wurden. Die Unterschiede entstehen nicht durch die Bedienfehler oder Materialabweichungen, sondern durch die Art und Weise, wie die Programme den G-Code erzeugen und interne Druckstrategien umsetzen.

Cura und PrusaSlicer lieferten in diesem Vergleich insgesamt die besten Resultate. Beide erzeugten saubere Oberflächen, zeigten wenig Stringing und lieferten gute Ergebnisse in Bezug auf Maßhaltigkeit und Detailwiedergabe. OrcaSlicer schnitt leicht schwächer ab, lieferte aber dennoch solide Resultate. Gerade bei der Oberflächenqualität und der Linienführung gab es kleinere Abweichungen, die sich auch subjektiv in der Laienumfrage widerspiegelten.

Bemerkenswert war, dass die objektiv vermessene Maßhaltigkeit bei allen Programmen auf ähnlichem Niveau lag. Dennoch wurde OrcaSlicer von den Befragten weniger positiv bewertet – ein Hinweis darauf, dass visuelle Merkmale wie Glätte oder regelmäßige Schichtbilder einen stärkeren Einfluss auf die Gesamtwahrnehmung haben als kleine Maßabweichungen.

Darüber hinaus unterscheiden sich die Programme in ihrer Benutzerführung und Funktionsvielfalt. Cura punktet durch Einsteigerfreundlichkeit, PrusaSlicer bietet die größte Kontrolle und Flexibilität, während OrcaSlicer mit einer modernen Oberfläche und aktiver Weiterentwicklung überzeugt.

Für Anwender mit Fokus auf einfache Bedienung und gute Voreinstellungen ist Cura eine sehr gute Wahl. Wer maximale Kontrolle über alle Parameter möchte und auch komplexe Druckstrategien umsetzen will, findet im PrusaSlicer ein starkes Werkzeug. OrcaSlicer eignet sich vor allem für technisch versierte Nutzer, die bereit sind, auch aktuelle Community-Features zu nutzen und den Slicer aktiv an ihre Bedürfnisse anzupassen.

Insgesamt ist festzuhalten, dass keine der getesteten Slicer grundsätzlich ungeeignet ist – die Unterschiede liegen in Nuancen, die je nach Anwendungsfall und persönlichem Anspruch mehr oder weniger relevant sind.

Slicer

2025-06-15T16:47:44Z

Simon Besl:

= Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf das Druckergebnis, Simon Besl, 05.06.2025 =

Die Slicer-Software stellt die zentrale Schnittstelle zwischen 3D-Modell und dem eigentlichen Druckprozess dar. Sie übersetzt geometrische Informationen aus CAD-Dateien in maschinenlesbaren G-Code und hat damit maßgeblichen Einfluss auf das Druckergebnis.
Ziel dieses Vergleichs ist es, herauszufinden, welchen Einfluss unterschiedliche Slicer auf die Oberflächenqualität, Detailwiedergabe und das Druckverhalten haben – und das bei identischen Druckparametern. Dazu wurden drei verbreitete Programme unter möglichst standardisierten Bedingungen getestet: Cura, OrcaSlicer und PrusaSlicer. Besonderes Augenmerk lag auf der Frage, ob sich trotz gleicher Einstellungen Unterschiede in Maßhaltigkeit, Stringing-Verhalten oder Druckbild feststellen lassen.
Darüber hinaus wird untersucht, welche Funktionen die einzelnen Programme bieten und welche Auswirkungen sie auf das Druckverhalten haben, etwa bei Bewegungsabläufen oder der Lautstärke während des Drucks.

__TOC__

== Verwendete Slicer ==

Für den Vergleich wurden drei gängige Slicer ausgewählt, die sich in Herkunft, Funktionsweise und Benutzerführung deutlich unterscheiden. Ziel war es, zu untersuchen, wie sich die Software bei identischen Druckparametern auf Druckqualität, Verhalten und Geschwindigkeit auswirkt – sowohl aus technischer als auch aus subjektiver Sicht.

=== Cura (von UltiMaker) ===
Cura gehört zu den bekanntesten und am weitesten verbreiteten Slicern im FDM-Bereich. Die Software wird von UltiMaker als Open-Source-Projekt entwickelt und ständig weiter gepflegt.
Praktisch ist die große Auswahl an Voreinstellungen für verschiedene Druckermodelle und Materialien. Cura gilt als einfach, vielseitig und einsteigerfreundlich – gerade auch durch die große Community im Hintergrund.

=== PrusaSlicer (von Prusa Research) ===
PrusaSlicer basiert ursprünglich auf Slic3r, wurde aber von Prusa stark weiterentwickelt und mit vielen praktischen Funktionen ergänzt. Auch dieses Programm ist quelloffen, wird regelmäßig aktualisiert und funktioniert nicht nur mit Prusa-Druckern.
Besonders hervorzuheben sind Features wie adaptive Schichthöhen, präzise Einstellmöglichkeiten für den Materialfluss und die Möglichkeit, benutzerdefinierte Druckstrategien umzusetzen. Für technisch interessierte Nutzer bietet PrusaSlicer viele Eingriffsmöglichkeiten.

=== OrcaSlicer (Community-Projekt) ===
OrcaSlicer ist ein Fork von Bambu Studio, das wiederum auf PrusaSlicer basiert. Im Gegensatz zu Bambu Studio ist OrcaSlicer nicht an bestimmte Drucker gebunden und wird herstellerunabhängig weiterentwickelt. Die Software ist Open Source und sehr aktiv betreut.

=== Nicht berücksichtigt: Bambu Studio und Simplify3D ===
Bambu Studio wurde trotz seiner weiten Verbreitung bewusst außen vor gelassen, da es funktional nahezu identisch mit OrcaSlicer ist, aber stark an die Drucker von Bambu Lab gebunden ist.
Teure Profiprogramme wie Simplify3D wurden aufgrund ihrer Lizenzkosten ebenfalls nicht getestet, da sie im Hochschulkontext weniger relevant sind.

<gallery widths=300px heights=200px>
Datei:Cura5.10 Interface.png|Benutzeroberfläche des Cura-Slicers
Datei:OrcaSlicer2.3.0 Interface.png|Benutzeroberfläche des OrcaSlicer
Datei:PrusaSlicer2.9.2 Interface.png|Benutzeroberfläche des PrusaSlicer
</gallery>

== Bedeutung der Druckerkonfiguration im Slicer ==
Bevor ein Modell überhaupt gesliced werden kann, muss der Slicer wissen, auf welchem Drucker es später gefertigt wird. Diese Information ist weit mehr als nur eine formale Auswahl. Sie legt fest, welche Druckereigenschaften bei der Erzeugung des G-Codes berücksichtigt werden. Dazu zählen unter anderem die maximalen Verfahrwege der Achsen, die Größe des Druckbetts, der verwendete Düsentyp, das Heizverhalten sowie gerätespezifische Start- und Endbefehle.

Auch die Art und Position des Extruders, beispielsweise ein Bowden oder Direct Drive, beeinflussen die Steuerung des Materialflusses und damit die Retraction-Parameter. Funktionen wie eine automatische Kalibrierung, individuelle Lüftersteuerung oder spezielle Sensoren (z. B. für Filament-Ende oder Z-Homing) müssen ebenfalls bekannt sein, damit der erzeugte G-Code mit der Druckerhardware harmoniert.

Nur wenn das hinterlegte Druckerprofil mit der realen Hardware übereinstimmt, kann der G-Code korrekt und sicher erzeugt werden. Ist beispielsweise ein falscher Bauraum definiert, besteht das Risiko, dass der Druckkopf versucht, über das tatsächliche Druckbett hinauszufahren. Im schlimmsten Fall mit mechanischen Schäden. Auch unrealistische Temperaturen, fehlerhafte Extrusionsmengen oder inkompatible Firmwarebefehle sind typische Folgen einer falsch konfigurierten Umgebung.

Besonders problematisch sind unbemerkte Abweichungen bei der Düsengröße oder der Druckbettheizung. In solchen Fällen kann die Druckqualität erheblich leiden, ohne dass direkt erkennbar ist, woran es liegt. In der Praxis zeigt sich das häufig durch mangelhafte Haftung, ungleichmäßige Schichtbilder oder unsaubere Bewegungsabläufe.

== Testaufbau ==

Für den Slicer-Vergleich wurde derselbe Versuchsaufbau verwendet wie im Arbeitspaket zur Untersuchung des '''[[Düsendurchmesser|Einflusses unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]]'''. Die Details zu Drucker, Material, Testmodell und den allgemeinen Druckparametern sind dort ausführlich dokumentiert.

Zur Wiederholung in Kürze: Gedruckt wurde mit einem '''Anycubic i3 Mega S''' und einer '''0,4 mm-Düse''' unter konstanten Bedingungen. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' von Extrudr. Als Testobjekt diente ein speziell konstruiertes Modell mit typischen Geometrien zur Beurteilung von Detailwiedergabe, Überhangverhalten und Maßhaltigkeit.

Für diese Untersuchung wurde ausschließlich die Softwareseite verändert. Die Hardware, das Modell und die Slicereinstellungen (z. B. Schichthöhe, Temperatur, Geschwindigkeit, Retraction) blieben in allen Fällen identisch. So lassen sich Unterschiede im Druckbild eindeutig auf den jeweils verwendeten Slicer zurückführen.

== Einstellmöglichkeiten und Detaillierungsgrad ==

Alle drei getesteten Slicer bieten umfangreiche Möglichkeiten zur Anpassung der Druckparameter. Neben grundlegenden Einstellungen wie Temperatur, Geschwindigkeit und Schichthöhe lassen sich auch viele erweiterte Funktionen steuern wie Retract-Verhalten, Kühlung oder spezielle Strategien für Außenwände und Infill.

Die Slicer bieten eine Auswahl über welche die sichtbaren Optionen je nach Erfahrungsstufen gesteuert werden. So lassen sich je nach Kenntnisstand gezielt mehr oder weniger Einstellungen anzeigen, ohne die Oberfläche zu überladen.

Unterschiede zeigen sich vor allem bei speziellen Funktionen. Im PrusaSlicer besteht die Möglichkeit, das Modell vertikal in Abschnitte zu unterteilen und für jede Zone eigene Druckparameter zu vergeben. Damit lassen sich gezielt bestimmte Bereiche stabiler, detaillierter oder schneller drucken. Cura und OrcaSlicer bieten dagegen eine Funktion zur automatischen Anpassung der Schichthöhe, abhängig von der Neigung der Oberfläche. Diese Funktion ist bei Cura schon länger verfügbar, allerdings noch als experimentell gekennzeichnet. OrcaSlicer nutzt das gleiche Prinzip, allerdings mit besserer Integration und deutlich stabilerer Vorschau.

Auch beim Thema Vorschau und Druckzeitschätzung gibt es Unterschiede. Während Cura eine klassische Vorschau mit Farbverlauf je Schicht bietet, stellt PrusaSlicer und OrcaSlicer auch Bewegungsarten und Extrusionsmengen präzise dar. Die geschätzten Druckzeiten bleiben Softwareübergreifend in etwa gleich.

Insgesamt lässt sich sagen, dass alle getesteten Programme einen hohen Detaillierungsgrad ermöglichen. PrusaSlicer richtet sich besonders an erfahrene Nutzer, die gezielt Eingriff in einzelne Bereiche nehmen wollen. Cura bietet eine breite Basis an Funktionen mit besonders vielen vorkonfigurierten Profilen. OrcaSlicer kombiniert viele Vorteile beider Programme mit moderner Oberfläche und sinnvoller Strukturierung.

== G-Code-Analyse ==
Obwohl für alle drei Slicer dasselbe CAD-Modell verwendet wurde, zeigen die erzeugten G-Code-Dateien zum Teil deutlich unterschiedliche Strukturen. Diese Unterschiede betreffen nicht nur die Reihenfolge der Druckschritte, sondern auch deren technische Umsetzung. Dadurch kann es zu spürbaren Unterschieden im tatsächlichen Druckbild kommen, selbst dann, wenn die wesentlichen Parameter auf den ersten Blick identisch erscheinen.

Ein zentraler Unterschied zeigt sich in der Reihenfolge, in der die Druckpfade abgearbeitet werden. Während Cura und PrusaSlicer die Außenkonturen des Modells meist vor dem Infill drucken, erzeugt OrcaSlicer die Außenwand häufig erst nach dem inneren Füllmuster. Diese Reihenfolge kann sich auf die Kantenschärfe und das Erscheinungsbild von Überhängen auswirken, insbesondere bei komplexeren Geometrien.

Auch das Retraction-Verhalten unterscheidet sich zwischen den Programmen. Cura führt bei vergleichbaren Einstellungen tendenziell mehr Rückzugsbewegungen und Reisewege durch als OrcaSlicer. Letzterer geht sparsamer mit Travel-Moves um, was in der Praxis einen ruhigeren Materialfluss und ein reduziertes Stringing begünstigen kann. Gleichzeitig bedeutet das aber auch, dass Cura potenziell besser darin ist, unerwünschtes Materialtröpfeln in filigranen Bereichen zu vermeiden.

Ein weiterer Aspekt ist die Position der Layerwechsel. PrusaSlicer versetzt den Wechsel der Druckhöhe meist dezent zur Seite, während Cura die Z-Hops oft nahe am Objektursprung durchführt. OrcaSlicer platziert den Layerwechsel bevorzugt auf ohnehin zurückgezogene Positionen, was optisch glattere Nähte zur Folge haben kann. Der sichtbare Nahtverlauf entlang der Z-Achse wird dadurch unter Umständen reduziert.

Auch bei der Bewegungsplanung gibt es Unterschiede. Cura erzeugt deutlich kleinteiligere Bewegungssegmente, wodurch die Bewegungspfade stärker unterteilt sind. Dies kann in feineren Details resultieren, führt jedoch auch zu häufigeren Beschleunigungswechseln. PrusaSlicer wirkt an dieser Stelle etwas effizienter und fasst ähnliche Bewegungen stärker zusammen. OrcaSlicer wiederum erzeugt auffallend gleichmäßige Bewegungsmuster mit stabiler Geschwindigkeit, was sich in einem besonders ruhigen Druckverlauf niederschlagen kann – sowohl visuell als auch akustisch.

Nicht zuletzt enthalten die G-Code-Dateien auch Unterschiede im Aufbau und in der Metainformation. OrcaSlicer fügt beispielsweise automatisch strukturierte Angaben wie Modellhöhe, Layerzahl oder auch eine Vorschauminiatur ein. Diese Zusatzinformationen sind hilfreich für die spätere Dokumentation oder bei der Verwendung von Druckmonitoring-Systemen.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurden auch beim Slicer-Vergleich sowohl subjektive als auch objektive Bewertungsmethoden herangezogen. Neben einer Laienumfrage zur Erfassung des Gesamteindrucks erfolgte eine technische Einschätzung anhand sichtbarer Druckmerkmale wie Oberfläche, Detailwiedergabe und Stringing-Verhalten.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===
Um einen unverfälschten Eindruck der Druckqualität aus Sicht ungeschulter Personen zu erhalten, wurde eine anonyme digitale Umfrage mit den drei getesteten Slicer-Ausgaben durchgeführt. Die Teilnehmenden erhielten die Modelle ohne Hintergrundinformationen und sollten anhand des Erscheinungsbilds bewerten, wie gelungen sie die Druckqualität empfinden würden – vergleichbar mit der Situation, in der ein Kunde ein Bauteil aus der Serienfertigung zur Prüfung in der Hand hält. Bewertet wurde auf einer Skala von 1 (sehr schlecht) bis 10 (sehr gut).

[[Datei:Laienvergleich Slicer.png|mini]]

Im Ergebnis lagen die Bewertungen aller drei Slicer nah beieinander:
Cura und PrusaSlicer erhielten jeweils eine durchschnittliche Bewertung von 5,06, OrcaSlicer lag mit 4,69 geringfügig darunter.
Die Unterschiede sind damit gering, aber dennoch erkennbar. Das Modell aus OrcaSlicer wurde von Laien etwas kritischer bewertet, was auf einen geringeren subjektiven Gesamteindruck hindeutet – etwa durch weniger saubere Kanten oder sichtbare Artefakte. Die anderen beiden Varianten schnitten gleichauf ab und wurden als durchschnittlich gut wahrgenommen.

=== Eigene Einschätzung ===

In der eigenen Beurteilung der Druckqualität wurden verschiedene Merkmale wie Stringing, Materialansammlungen, Brückenverhalten, Überhangqualität, Oberflächenbild, Schriftlesbarkeit und eventuelle Layer-Verschiebungen berücksichtigt. Dabei traten zwischen den Slicern durchaus erkennbare Unterschiede zutage.

Cura zeigte insgesamt ein sehr gutes Druckbild mit gleichmäßiger Oberfläche und minimaler Schichtversetzung. Besonders positiv fiel die Darstellung der feinen Schrift auf. Auch das Stringing war gering, lediglich bei Brücken war ein leichtes Einsacken zu beobachten, das jedoch in einem vertretbaren Rahmen blieb.

PrusaSlicer überzeugte mit sauberem Brückenergebnis und hervorragender Überhangqualität. Die Druckoberfläche war etwas matter, aber sehr gleichmäßig. Allerdings fiel eine etwas weichere Kantendarstellung bei Schriftzügen auf. Die Layerstabilität war ausgezeichnet.

OrcaSlicer lag insgesamt leicht hinter den anderen beiden Programmen, zeigte jedoch ebenfalls solide Ergebnisse. In einigen Fällen waren kleine Materialanhäufungen sichtbar, auch das Stringing war minimal stärker ausgeprägt. Die Druckoberfläche erschien weniger fein, dafür war das Schriftbild klar und gut lesbar. Layerfehler traten keine auf.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle drei Slicer zu technisch sauberen Druckergebnissen führten. Die Unterschiede zeigten sich eher im Detail und in der optischen Wirkung der Oberflächen. Cura und PrusaSlicer lieferten sehr ähnliche, hochwertige Resultate, während OrcaSlicer geringfügig weniger präzise wirkte, aber insgesamt ein rundes Ergebnis zeigte.

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Slicer-Ergebnisse wurden ausgewählte Maße des Testobjekts vermessen und mit den CAD-Sollwerten verglichen. Die Messung umfasste sowohl Zylinderdurchmesser (2 mm bis 5 mm) und Höhen, als auch Brückenlängen sowie dünne Wandstärken. Ziel war es, zu prüfen, inwieweit sich Unterschiede in der Maßhaltigkeit trotz identischer Slicereinstellungen feststellen lassen.

Die Ergebnisse zeigen, dass alle getesteten Slicer eine gute bis sehr gute Maßtreue im Bereich der geometrischen Hauptmerkmale erzielen. Die größte Übereinstimmung mit den Sollwerten zeigten Cura und PrusaSlicer, deren Modelle bei fast allen Zylinderdurchmessern und Höhen nur minimale Abweichungen aufwiesen. Bei der 2 mm-Bohrung und den Brückenspannweiten lagen beide Programme nahezu exakt auf dem Zielwert.

OrcaSlicer schnitt ebenfalls solide ab, zeigte jedoch bei feinen Strukturen wie dem 2 mm-Zylinder und den mittleren Durchmessern eine leicht erhöhte Abweichung. Hier lagen die gemessenen Werte tendenziell unterhalb der Zielvorgabe, was auf eine geringfügige Unterextrusion oder feinere Pfadberechnung hindeuten könnte. Die restlichen Werte, insbesondere bei der Brückenspannweite und der Außenwand, stimmen mit den anderen Programmen überein.

Insgesamt liegen die Abweichungen bei allen Slicern in einem praxisgerechten Bereich. Die Unterschiede sind messbar, aber gering und dürften im Alltagsgebrauch kaum auffallen. Dennoch zeigt sich, dass die exakte Umsetzung des CAD-Modells von der jeweiligen Software leicht unterschiedlich interpretiert wird. Besonders bei hoher Maßanforderung kann sich die Wahl des Slicers damit in einzelnen Details bemerkbar machen.

Slicer

2025-06-15T16:12:58Z

Simon Besl: /* Objektive Bewertung */

Slicer

2025-06-15T16:12:34Z

Simon Besl: /* Objektive Bewertung */

Slicer

2025-06-15T16:12:04Z

Simon Besl:

Slicer

2025-06-15T10:59:53Z

Simon Besl: /* Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf das Druckergebnis, Simon Besl, 05.06.2025 */

Datei:Laienvergleich Slicer.png

2025-06-15T10:56:52Z

Simon Besl:

Diagramm Laienvergleich Slicer

Slicer

2025-06-15T09:20:56Z

Simon Besl:

Slicer

2025-06-13T10:36:18Z

Simon Besl:

Slicer

2025-06-12T10:47:19Z

Simon Besl: /* Testaufbau */

Slicer

2025-06-12T10:41:20Z

Simon Besl:

Projektarbeit Simon Besl, Matthias Strohmeier, Maximilian Wimmer

2025-06-12T09:20:58Z

Simon Besl: /* ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck */

<htmltag tagname="img" src="http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc" width="1" height="1" alt=""></htmltag>
= Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =

== Aufgabenanalyse ==

===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===
In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. 

Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-
Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. 
Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.

=== Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===
Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.

Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.

Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.

Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:

# '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.
# '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.

Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.

===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===
In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet.

Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.

Die Temperaturbeständigkeit wird über Wärmeformbeständigkeitsprüfungen sowie durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen getestet. In Kombination mit einem heißen Wasserbad, solle es realistische Bedingungen simulieren.

Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.

== Zielvereinbarung ==
Die Zielsetzung des Arbeitspakets "''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''" ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein.

Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden.

Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.

== Besprechungsprotokolle ==
[[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]] 
[[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]] 
[[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]

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

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

{| class="wikitable sortable"
|+
|-
! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV
|-
| 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 50 || 20.06.2025
|-
| 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 70 || 20.06.2025
|-
| 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 70 ||
|-
| 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 06.06.2025
|-
| 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 50 || 20.06.2025
|-
| 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 30 || 20.06.2025
|-
| 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 50 || 20.06.2025
|-
| 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 70 ||
|-
| 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 06.06.2025
|-
| 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte ("Prägedruck") (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 06.06.2025
|}

Slicer

2025-06-10T20:06:56Z

Simon Besl:

Düsendurchmesser

2025-06-06T06:51:43Z

Simon Besl: /* Objektive Bewertung */

= Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität, Simon Besl, 09.05.2025 =

Die Auswahl des geeigneten Düsendurchmessers ist ein zentraler Faktor im FDM-3D-Druck, da er direkt Einfluss auf Druckzeit, Maßhaltigkeit, Detailgenauigkeit und Oberflächenqualität nimmt. Während kleinere Düsen eine hohe Präzision bei feinen Geometrien ermöglichen, lassen sich mit größeren Düsen deutlich kürzere Druckzeiten erzielen – ein Aspekt, der insbesondere bei funktionalen Bauteilen oder der Kleinserienfertigung an Bedeutung gewinnt.

Ziel dieser Untersuchung war es daher, den Einfluss verschiedener Düsendurchmesser auf die resultierende Druckqualität systematisch zu analysieren. Im Mittelpunkt standen dabei Maßhaltigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Detailabbildung sowie das Verhalten bei Überhängen. Besonderes Interesse galt der Frage, ob sich mit größeren Düsen unter bestimmten Bedingungen sogar qualitative Vorteile erzielen lassen – beispielsweise durch bessere Schichtanbindung oder stabilere Druckverhältnisse bei komplexeren Strukturen.

Die Untersuchung wurde unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt und durch eine technische sowie subjektive Bewertung der Druckergebnisse ergänzt, um praxisrelevante Empfehlungen zur Wahl des Düsendurchmessers ableiten zu können.

__TOC__

== Testaufbau ==
[[Datei:Anycubic i3 mega S Drucker.jpg|250px|mini|rechts|Drucker für Düsenvergleich: Anycubic i3 Mega S]]
Die Versuche wurden auf einem '''Anycubic i3 Mega S''' durchgeführt. Der Drucker zählt zu den gängigen Einsteigermodellen im Bereich des FDM-Drucks und verfügt über ein offenes System, das manuelle Eingriffe wie den Austausch von Düsen unkompliziert ermöglicht. Eine automatische Nivellierfunktion ist nicht vorhanden, weshalb der Abstand zwischen Düse und Druckbett manuell eingestellt werden muss.

Als Slicer-Software wurde '''Cura (Version 5.10)''' verwendet. Cura ist die vom Hersteller empfohlene Software für diesen Drucker und bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche sowie direkte Einstellmöglichkeiten für den Düsendurchmesser. Das verwendete Filament war '''GreenTEC Pro''' der Firma '''Extrudr''', ein biobasierter Werkstoff, der sich durch zuverlässige Druckeigenschaften und hohe Maßhaltigkeit auszeichnet. Es wurde bereits in vorherigen Arbeitspaketen erfolgreich eingesetzt.

Untersucht wurden vier verschiedene Düsendurchmesser: '''0,2 mm''', '''0,4 mm''', '''0,6 mm''' und '''0,8 mm'''. Zum Einsatz kamen dabei handelsübliche '''V6-Düsen''', die mit dem Hotend des Druckers kompatibel sind. Eine '''1,0 mm-Düse''' wurde nicht berücksichtigt, da sie in ersten Tests keine ausreichende Detailtreue erzielte und für die vorgesehenen Geometrien als ungeeignet eingeschätzt wurde.

Die Schichthöhe wurde einheitlich auf '''0,16 mm''' festgelegt. Dieser Wert stellt die größtmögliche empfohlene Schichtdicke für eine '''0,2 mm-Düse''' dar und sorgt gleichzeitig dafür, dass auch mit der '''0,8 mm-Düse''' noch ein stabiler Materialauftrag möglich ist. Auf diese Weise konnte ein einheitlicher Vergleich der verschiedenen Düsendurchmesser gewährleistet werden, ohne die jeweilige Düse über ihre praxisgerechten Grenzen hinaus zu belasten. Weitere relevante Druckparameter wie Düsentemperatur, Druckbett-Temperatur, Kühlverhalten und Bewegungsgeschwindigkeit wurden über alle Versuche hinweg konstant gehalten. Die konkreten Einstellungen orientierten sich an den auf der Projekt-Wikiseite '''[[Optimierung Druckparameter]]''' dokumentierten Werten, die im Rahmen einer separaten Untersuchung als besonders druckstabil identifiziert wurden.

== Beschreibung des Testobjekts ==
[[Datei:Testmodell.png|250px|mini|Testmodell für Düsenvergleich<ref name="cadmodell" />]]
Zur Bewertung der Auswirkungen unterschiedlicher Düsendurchmesser wurde ein eigenes Testobjekt konstruiert. Ziel war es, möglichst viele drucktechnisch relevante Merkmale in kompakter Form zu vereinen, um Unterschiede hinsichtlich Maßhaltigkeit, Detailtreue, Überhangverhalten und Oberflächenqualität erfassen zu können.

Das Testmodell besteht aus mehreren Bereichen mit gezielten Herausforderungen für den 3D-Druck. Dazu zählen freistehende Überhänge mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, feine Schriftzüge, definierte Wandstärken sowie rechteckige Geometrien mit bekannten Sollmaßen zur späteren Vermessung. Darüber hinaus wurden glatte sowie geneigte Oberflächen eingebaut, um mögliche Unterschiede in der Sichtbarkeit der Schichtlinien zu dokumentieren. Auch schmale Finnen und freitragende Brücken wurden integriert, um die Detailwiedergabe und das Verhalten bei ungestütztem Materialauftrag zu bewerten.

Das Objekt wurde so dimensioniert, dass es mit allen gewählten Düsendurchmessern innerhalb sinnvoller Druckzeiten und ohne Skalierung gefertigt werden konnte. Es wurde mit identischen Slicereinstellungen verarbeitet, wobei jeweils nur der Düsendurchmesser angepasst wurde.

== Einstellungen im Slicer ==
Die Einstellung des Düsendurchmessers im Slicer ist entscheidend, da sie zahlreiche druckrelevante Parameter wie Linienbreite, Flussrate und Extrusionsmenge beeinflusst. Je nach verwendeter Slicer-Software unterscheidet sich die Vorgehensweise deutlich.

In '''Cura''' lässt sich der Düsendurchmesser direkt über die Druckerkonfiguration festlegen:
''Drucker verwalten → Geräteeinstellungen → Extruder 1''.
Dieser direkte Zugriff erleichtert den Vergleich und reduziert das Risiko unbeabsichtigter Abweichungen bei zusammenhängenden Parametern.

In '''OrcaSlicer''' und '''PrusaSlicer''' gibt es hingegen keine separate Einstellung für den Düsendurchmesser. Stattdessen muss die Linienbreite manuell angepasst werden.
Im OrcaSlicer befinden sich die relevanten Optionen im Reiter ''Qualität'' → ''Breite der Linie'', im PrusaSlicer unter ''Druckereinstellungen'' → ''Erweitert''.

Für die vorliegende Untersuchung wurde '''Cura''' verwendet, da die Umstellung dort besonders benutzerfreundlich und eindeutig erfolgt. So konnte die Vergleichbarkeit der Drucke sichergestellt werden.
{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Cura Düsengrößeinstellung.png|300px]]
| [[Datei:Orca Linienbreiteeinstellungen.png|240px]]
| [[Datei:Prusa Düseneinstellung.png|450px]]
|-
| '''Cura''': Fenster zur Düsendurchmessereinstellung
| '''OrcaSlicer''': Reiter zur Linienbreiteneinstellung
| '''PrusaSlicer''': Fenster zur Linienbreiteneinstellungen
|}

== Schwierigkeiten ==
[[Datei:Haftungsproblem erste Schicht.jpg|mini|Haftungsprobleme der ersten Schicht]]
Im Verlauf der Untersuchung zeigten sich einige technische Herausforderungen bei der Umstellung auf größere Düsendurchmesser, selbst bei Verwendung eines Slicers mit direkter Düsenkonfiguration wie '''Cura'''. Zwar lassen sich die grundlegenden Parameter in der Software problemlos anpassen, jedoch erwiesen sich die automatisch generierten Voreinstellungen nicht in allen Fällen als praxistauglich.

Insbesondere die Flusseinstellungen mussten für bestimmte Düsengrößen manuell nachjustiert werden. So war es beispielsweise erforderlich, den Filamentfluss für die erste Schicht auf '''120 %''' zu erhöhen. Andernfalls kam es bei großen Düsen zu unzureichender Materialförderung in der Anfangsphase, wodurch das Filament nicht ausreichend auf der Druckplatte haftete und stattdessen unkontrolliert über die Oberfläche gezogen wurde.

Darüber hinaus stellte sich die Kombination aus großem Düsendurchmesser, hohem Materialvorschub und den vergleichsweise hohen Verarbeitungstemperaturen von '''PETG''' als problematisch für das Heizsystem des Druckkopfs heraus. Bei der '''0,8 mm-Düse''' war die Heizleistung in einigen Fällen nicht mehr ausreichend, um den Sollwert des Drucks aufrechtzuerhalten, sodass der Druckvorgang mit einer Sensorfehlermeldung abgebrochen wurde.

== Untersuchung der Fehlerursachen ==
[[Datei:Verbesserung durch Schichtdicke verringern.jpg|mini|Leichtes Herabdrücken des Druckkopfs sorgte für Verbesserung (linke Bildhälfte)]]
Ein zentrales Problem, das zu Beginn der Versuchsreihe auftrat, war eine unzureichende Haftung der ersten Schicht auf dem Druckbett. Ursprünglich wurde dies als typisches Haftungsproblem interpretiert. Im weiteren Verlauf zeigte sich jedoch, dass die Ursache vielmehr in einem zu geringen Materialfluss lag – insbesondere bei der ersten Lage. Dieser unzureichende Fluss ließ sich auf suboptimale Slicer-Voreinstellungen zurückführen, die bei größeren Düsendurchmessern nicht automatisch angepasst wurden. Durch manuelle Erhöhung des Flusses für die erste Schicht konnte das Problem weitgehend behoben werden.

Das Problem wurde unter anderem durch eine einfache Beobachtung entdeckt: Ein leichtes manuelles Herunterdrücken des Druckkopfs während der ersten Druckbahn führte unmittelbar zu einer Verbesserung des Druckergebnisses. Die verringerte Schichtdicke erhöhte den Auflagedruck, ohne den Filamentfluss zu verändern – ein Hinweis auf einen zu großen Abstand zwischen Düse und Druckbett.

Im Zuge der Fehlersuche wurde eine weitere mögliche Ursache untersucht: ein zu großer Abstand zwischen Düse und Druckbett. Da der verwendete Drucker über keine automatische Nivellierung verfügt, kommt der mechanischen Justierung eine entscheidende Bedeutung zu. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Fertigungstoleranzen bei der Länge der eingesetzten Düsen zu inkonsistenten Abständen führen könnten – insbesondere bei einem Düsenwechsel.

Zur Verifikation wurden mehrere Düsen desselben Typs vermessen. Innerhalb der jeweils drei getesteten Exemplare pro Düsendurchmesser traten zwar nur geringe Unterschiede auf, jedoch unterschieden sich die Nennlängen der verschiedenen Düsengrößen teils deutlich. Während die '''0,2 mm-Düse''' das Sollmaß von '''12,50 mm''' nahezu exakt einhielt, wichen andere um bis zu '''±0,060 mm''' ab. Bei einer eingestellten Schichtdicke von '''0,16 mm''' entspricht dies bereits einer Abweichung von rund '''37,5 %''', was sich unmittelbar auf die Haftung und das Druckbild der ersten Schicht auswirkte.

Da diese Abweichung vom Drucker nicht automatisch kompensiert werden konnte, musste nach jedem Düsenwechsel eine manuelle Kalibrierung der Z-Achse vorgenommen werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.

= Bewertung der Druckqualität =

Zur umfassenden Beurteilung der Druckqualität wurde zwischen subjektiven und objektiven Bewertungsmethoden unterschieden. Während die subjektive Bewertung durch eine Laienumfrage sowie eine eigene Einschätzung erfolgte, wurden für die objektive Analyse konkrete Messungen und technische Kriterien herangezogen.

== Subjektive Bewertung ==

=== Laienumfrage ===

Zur Erfassung des optischen Gesamteindrucks der Drucke durch möglichst ungeschulte Personen wurde eine anonyme digitale Umfrage mit insgesamt acht verschiedenen Modellen durchgeführt. Ziel war es, eine realitätsnahe Einschätzung der wahrgenommenen Druckqualität zu erhalten, wie sie in einer typischen Kundensituation entstehen könnte, in der ein Bauteil von einem Zulieferer empfangen und rein visuell und haptisch beurteilt wird.
[[Datei:Umfrageergebnis Düsenvergleich.png|mini|400px|Ergebnis der Laienumfrage bezüglich der Druckqualität]]
Die Teilnehmenden wurden gebeten, die Qualität der vorgelegten Modelle auf einer Skala von ''1 (sehr schlecht)'' bis ''10 (sehr gut)'' zu bewerten.

Die Umfrage beschränkte sich bewusst auf eine einzige Frage pro Modell. In vorherigen Testläufen hatte sich gezeigt, dass eine detailliertere Beurteilung einzelner Qualitätsaspekte wie Maßhaltigkeit, Oberflächenglätte oder Detailtreue durch Laien häufig zu unsicheren oder wenig aussagekräftigen Antworten führte. Eine zusammenfassende Gesamtbewertung erwies sich dagegen als verständlich und zuverlässig.

Die Ergebnisse der Laienumfrage verdeutlichen einen klaren Zusammenhang zwischen dem verwendeten Düsendurchmesser und der subjektiv wahrgenommenen Druckqualität. Am besten schnitt die feinste untersuchte Düse mit 0,2 mm ab, die mit einem Durchschnittswert von 8,7 deutlich vor allen anderen Varianten lag. Am unteren Ende der Skala befand sich die 0,8 mm-Düse, die lediglich mit 2,9 bewertet wurde. Diese große Differenz deutet darauf hin, dass insbesondere eine feine Detailwiedergabe und glatte Oberflächen von ungeschulten Betrachtern als qualitativ hochwertig eingeschätzt werden.
Auch zwischen den mittleren Düsendurchmessern von 0,4 mm (5,1) und 0,6 mm (4,8) zeigen sich Unterschiede in der Bewertung, wenn auch weniger deutlich.

Allerdings ist dieser Qualitätsgewinn mit einem erheblichen Anstieg der Druckzeit verbunden. Während das Testobjekt mit der 0,8 mm-Düse bereits nach 55 Minuten fertiggestellt ist, verlängert sich die Druckzeit bei der 0,6 mm-Düse auf 1 Stunde und 10 Minuten und bei der 0,4 mm-Düse auf 1 Stunde und 33 Minuten. Am längsten dauert der Druck mit der 0,2 mm-Düse, der mit 2 Stunden und 40 Minuten mehr als doppelt so lange benötigt. Wer auf maximale optische Qualität setzt, muss also einen deutlichen Kompromiss in Form längerer Fertigungszeiten eingehen.

=== Eigene Einschätzung ===
Bei der eigenen Bewertung der Druckqualität wurden verschiedene technische und visuelle Merkmale der Modelle herangezogen. Besonderes Augenmerk galt der Sauberkeit der Drucke, dem Auftreten unerwünschter Materialanhaftungen (wie „Blobs“ oder „Zits“), der Qualität freitragender Brücken sowie der Lesbarkeit feiner Schriftzüge.

Die feinste Düse zeigte insgesamt das sauberste Druckbild. Konturen waren klar erkennbar, die Oberflächen wirkten gleichmäßig, und filigrane Details – insbesondere kleine Schriftzüge – wurden präzise dargestellt. Zudem traten kaum störende Nebeneffekte wie Fädenbildung oder Materialüberschuss auf.

Mit zunehmendem Düsendurchmesser wurde das Druckbild sichtbar gröber. Zwar gelang die Überhanggeometrie bei allen Varianten gut, jedoch zeigten sich bei größeren Düsen häufiger kleine Unregelmäßigkeiten wie Fäden oder Materialanhäufungen. Feine Strukturen wurden nicht mehr so scharf wiedergegeben, und in einigen Fällen war die Schrift nur noch schwer oder gar nicht mehr lesbar.

Auch bei mittleren Düsendurchmessern gab es qualitative Unterschiede. Einige Modelle wiesen eine insgesamt gute Druckqualität auf, zeigten jedoch leichte Schwächen bei Detailauflösung oder Gleichmäßigkeit der Oberfläche. Andere hingegen offenbarten deutliche Druckfehler, etwa durch ungleichmäßige Extrusion oder unsaubere Kanten.

Insgesamt bestätigte sich der Eindruck, dass kleinere Düsendurchmesser für qualitativ hochwertige und detailreiche Drucke besser geeignet sind, während größere Düsen eher funktionale, aber optisch weniger präzise Ergebnisse liefern. Auffällig war zudem, dass eine dickere Düse offenbar stärker zu Stringing neigt, was sich negativ auf den Gesamteindruck auswirkte.

== Objektive Bewertung ==

Zur objektiven Bewertung der Druckqualität wurden ausgewählte Geometrien des Testmodells vermessen. Ziel war es, die Maßhaltigkeit verschiedener Düsendurchmesser unabhängig von subjektiven Einflüssen zu beurteilen. Analysiert wurden Zylinderdurchmesser (2–5 mm), Höhen, freitragende Brücken (5–15 mm Spannweite) sowie dünne Wandstrukturen.

Die '''0,2 mm-Düse''' zeigt durchweg die höchste Präzision. Die Zylinderdurchmesser liegen maximal +0,05 mm über dem Sollwert, was in Anbetracht der Drucktechnik ein sehr gutes Ergebnis darstellt. Auch die Höhenabweichung ist mit nur +0,05 mm nahezu vernachlässigbar. Brückenkonstruktionen wurden selbst bei 15 mm Spannweite mit hoher Maßhaltigkeit gedruckt, und feine Wände von 1,0 mm wurden exakt wiedergegeben. Diese Ergebnisse spiegeln die hohe Auflösung und feine Linienführung der 0,2 mm-Düse wider – ideal für detaillierte Drucke.

Bei der '''0,4 mm-Düse''' zeigen sich stabile Ergebnisse mit nur geringen Abweichungen. Die Zylinderdurchmesser liegen im Schnitt leicht über dem Sollwert, bewegen sich aber im akzeptablen Bereich (z. B. 2,95 mm statt 3 mm). Brücken und Höhen wurden ebenso zuverlässig realisiert. Wandstrukturen von 1,0 mm wurden exakt gedruckt. Insgesamt bietet die 0,4 mm-Düse eine gute Balance zwischen Genauigkeit und praktischer Druckzeit, wodurch sie sich als universeller Kompromiss eignet.

Die '''0,6 mm-Düse''' beginnt sichtbar von den Sollwerten abzuweichen. Zylinderdurchmesser steigen hier systematisch an – z. B. 2,2 mm statt 2,0 mm – was auf Überextrusion bei feinen Elementen hindeutet. Auch die Brückenergebnisse zeigen leichte Einbußen: Die Spannweite von 10 mm wurde mit 4,6 mm statt 5,0 mm unter dem Zielmaß gedruckt. Die Wandstärken hingegen wurden zu dick realisiert (1,4 mm statt 1,0 mm). Dies deutet darauf hin, dass Details zunehmend verwaschen erscheinen, die Düse aber in groben Strukturen weiterhin leistungsfähig bleibt.

Am deutlichsten fallen die Abweichungen bei der '''0,8 mm-Düse''' aus. Besonders bei kleinen Zylindern treten starke Maßüberschreitungen auf, mit teils 30 % Abweichung (z. B. 2,6 mm statt 2,0 mm). Auch die Wanddicken wurden zu groß wiedergegeben (1,4–1,8 mm statt 1,0–1,6 mm). Brücken waren zwar noch annähernd in Toleranz, aber das Ergebnis zeigt: Für feine Strukturen ist diese Düsengröße ungeeignet. Die Druckqualität genügt funktionalen Anforderungen, versagt aber bei geometrisch anspruchsvollen Details.

Insgesamt lässt sich festhalten: Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigt die Neigung zu Überextrusion und Formungenauigkeit. Besonders filigrane Strukturen leiden unter dieser Wirkung. Die 0,2 mm-Düse bietet die größte Präzision, die 0,4 mm-Düse die beste Praxistauglichkeit, während die 0,8 mm-Düse primär für großvolumige und weniger detailkritische Bauteile geeignet ist.

{| class="wikitable" style="text-align: center; border: none;"
|-
| [[Datei:Modell A 0,2mm.jpg|200px]] || [[Datei:Modell F.jpg|200px]] || [[Datei:Modell B 0,6mm.jpg|200px]] || [[Datei:Modell C 0,8mm.jpg|200px]]
|-
| '''0,2 mm Düse''' || '''0,4 mm Düse''' || '''0,6 mm Düse''' || '''0,8 mm Düse'''
|}

= Fazit =

Die Untersuchung zum Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser im FDM-3D-Druck verdeutlicht, dass die Wahl des Düsendurchmessers maßgeblich über die Qualität und Effizienz des Druckergebnisses entscheidet. Je nach Anforderung an Maßhaltigkeit, Detailtreue, Oberflächenqualität und Fertigungszeit ergibt sich ein differenziertes Bild, das keine pauschale Empfehlung erlaubt, sondern eine gezielte Auswahl erfordert.

Die feinste untersuchte Düse mit '''0,2 mm''' erzielte in nahezu allen getesteten Kriterien die besten Resultate. Sie lieferte eine exzellente Maßhaltigkeit, detailreiche und glatte Oberflächen sowie eine besonders präzise Wiedergabe von feinen Strukturen. Gerade filigrane Schriftzüge und komplexe Geometrien konnten damit in hoher Qualität umgesetzt werden. Die Kehrseite dieser hohen Präzision ist jedoch eine deutlich verlängerte Druckzeit von bis zu '''2 Stunden und 40 Minuten''' für das Testobjekt. In vielen praktischen Anwendungen – etwa im Prototypenbau mit häufigen Iterationen – ist diese lange Fertigungsdauer ein nicht zu vernachlässigender Nachteil.

Die '''0,4 mm-Düse''' stellte im Versuch den besten Kompromiss zwischen Qualität und Effizienz dar. Die Modelle wiesen eine gute Maßhaltigkeit und Detailwiedergabe auf, bei gleichzeitig akzeptabler Druckzeit von '''1 Stunde und 33 Minuten'''. Diese Düsengröße bietet sich besonders dann an, wenn eine gewisse optische Qualität gefordert ist, der Zeitaufwand jedoch begrenzt bleiben soll. In der Praxis ist sie daher häufig der Standard für viele FDM-Anwendungen.

Mit der '''0,6 mm-Düse''' wurde ein Übergang in Richtung gröberer Druckqualität sichtbar. Zwar blieb die Maßhaltigkeit bei größeren Geometrien noch akzeptabel, bei feinen Strukturen und Detailbereichen zeigten sich jedoch vermehrt Unschärfen, Materialanhäufungen und ein Verlust an Lesbarkeit kleiner Schriftzüge. Auch die Brückenqualität verschlechterte sich leicht. Die Druckzeit reduzierte sich auf '''1 Stunde und 10 Minuten''', was den Einsatz für robuste, weniger fein strukturierte Bauteile rechtfertigen kann – etwa im funktionalen Prototyping oder für großflächige Gehäuse.

Die '''0,8 mm-Düse''' schließlich zeigte die deutlichsten Schwächen im Detailbereich. Maßabweichungen, insbesondere bei kleinen Durchmessern und dünnen Wänden, lagen deutlich über dem Sollwert. Auch die Oberflächenqualität verschlechterte sich spürbar, was sich besonders in Form von sichtbaren Schichtlinien und ausgeprägtem „Stringing“ äußerte. Dafür lag die Druckzeit mit nur '''55 Minuten''' weit unter allen anderen getesteten Varianten. Für einfache, großvolumige Bauteile mit geringem Anspruch an Präzision kann diese Düsengröße dennoch sinnvoll eingesetzt werden.

Die nachfolgende Übersicht fasst die zentralen Bewertungsergebnisse der vier Düsendurchmesser zusammen:

{| class="wikitable" style="text-align: center;"
! Düsendurchmesser !! Detailtreue !! Maßhaltigkeit !! Oberflächenqualität !! Druckzeit
|-
| '''0,2 mm''' || ★★★★★ || ★★★★★ || ★★★★★ || ★☆☆☆☆
|-
| '''0,4 mm''' || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★★★☆ || ★★☆☆☆
|-
| '''0,6 mm''' || ★★☆☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★☆☆ || ★★★★☆
|-
| '''0,8 mm''' || ★☆☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★☆☆☆ || ★★★★★
|}

Insgesamt lässt sich festhalten: Eine kleinere Düse liefert die qualitativ hochwertigeren Ergebnisse, ist aber mit längerer Druckzeit verbunden. Mit zunehmendem Düsendurchmesser steigen Effizienz und Materialdurchsatz, allerdings auf Kosten von Präzision und Detailtreue. Die Wahl des geeigneten Düsendurchmessers sollte daher stets in Abhängigkeit vom gewünschten Einsatzzweck und dem jeweiligen Qualitätsanspruch erfolgen.

== Literatur ==
<references>
<ref name="cadmodell">majda107: ''All In One 3D Printer test''. Veröffentlicht auf Thingiverse. Lizenz: [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ CC BY 4.0]. URL: https://www.thingiverse.com/thing:2656594 (Zugriff am: 09.05.2025).</ref>
</references>

Slicer

2025-06-06T06:10:18Z

Simon Besl:

Datei:PrusaSlicer2.9.2 Interface.png

2025-06-06T06:04:53Z

Simon Besl:

Benutzeroberfläche des PrusaSlicer

Datei:OrcaSlicer2.3.0 Interface.png

2025-06-06T06:04:10Z

Simon Besl:

Benutzeroberfläche des OrcaSlicer

Datei:Cura5.10 Interface.png

2025-06-06T06:01:07Z

Simon Besl:

Screenshot der Oberfläche vom Cura Slicer