Einfluss Material
Vincent Greinecker, 28.10.2024
Eingangsinformationen
- optimierte Druckparameter
- verwendete Filamentarten
- .STL Datei für Testdrucke
Ausgangsinformationen
- Vergleich der Filamentarten bezüglich Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit
- Herangehensweise zur Gegenüberstellung der Filamente
Die Wahl des zur Produktion zu nutzenden Werkstoffes hängt sowohl in der herkömmlichen Fertigung als auch in der additiven von den vom Endprodukt geforderten Eigenschaften ab. Nachfolgend wird die Art des 3D-Druck Filaments als Einflussfaktor auf die Maßhaltigkeit sowie die Oberflächenbeschaffenheit von gefertigten Teilen untersucht. Damit diese Untersuchung durchgeführt werden kann, muss zunächst das Arbeitspaket Optimierung Druckparameter abgeschlossen worden sein.
Um einen repräsentativen Vergleich der Filamente zu ermöglichen, sind Variablen, abgesehen von dem zu druckenden Material, zu vermeiden. Deshalb sollen alle nötigen Testdrucke für diese Untersuchung unter Verwendung der hergeleiteten optimierten Druckparameter durchgeführt werden. Zudem ist eine Schwankung im Ergebnis durch die Verwendung unterschiedlicher Drucker innerhalb der Testreihe zu eliminieren. Sämtliche Drucke werden auf dem gleichen Gerät durchgeführt. Mit jeder Filamentart werden drei Testdrucke des bereits im Kapitel Optimierung Druckparameter verwendeten Testmodels gefertigt. So ist es möglich, eine Standardabweichung sowie einen Mittelwert der Maßhaltigkeit jedes Materials zu bestimmen. Zudem entsteht daraus die Möglichkeit, die Reproduzierbarkeit der Oberflächenbeschaffenheit zu überprüfen. Nach der Fertigung sämtlicher Testdrucke werden diese vermessen sowie eine qualitative Beurteilung der Oberfläche durchgeführt. Anhand dieser Daten und Ergebnisse wird ein Vergleich zwischen den Filamenttypen aufgestellt.
Vorgehensweise zur Bestimmung des Einflusses der Materialien auf die Maßhaltigkeit
Die Vorgehensweise bei der Toleranzmessung der verschiedenen Filamente wird in mehreren Schritten durchgeführt. Jeder Schritt ist entscheidend, um zu den endgültigen Ergebnissen zu gelangen. Der Prozess besteht aus folgenden Phasen:
Druck von Testkörpern
Im ersten Schritt werden für jedes Filament (CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG) Testkörper mit den zuvor optimierten Druckparametern aus dem jeweiligen Arbeitspaket gedruckt. Diese Testkörper beinhalten verschiedene geometrische Formen, darunter Bohrungen und enge Toleranzbereiche, die für eine präzise Messung und Beurteilung der Maßhaltigkeit des Materials wichtig sind. Der Testkörper wird dreimal mit demselben Material und denselben Druckeinstellungen gedruckt.
Ziel:
- Bestimmung der Abweichungen durch den Drucker: Dies hilft dabei, festzustellen, wie kontinuierlich der Druckprozess bei wiederholten Drucken mit demselben Material und denselben Parametern abläuft. Es wird geprüft, ob die Maßhaltigkeit des Drucks im wiederholten Druckprozess stabil bleibt oder ob es zu nennenswerten Abweichungen kommt.
- Erwartung: Es wird keine signifikante Abweichung erwartet. Etwaige minimaler Abweichungen könnten durch den Druckprozess oder durch kleinste Schwankungen in der Materialzufuhr verursacht werden.
Messung der Abweichungen
Im nächsten Schritt werden die Maße des Testkörpers, der dreimal gedruckt wurde, mit den Sollmaßen der originalen STL-Datei verglichen. Für diesen Schritt wird eine präzise Messung entlang der X-, Y- und Z-Achse vorgenommen. Dies erfolgt mit einem geeigneten Messgerät wie einem digitalen Schieblehre, um millimetergenaue Werte zu erfassen. Es wird überprüft, ob die gedruckten Teile die vorgesehenen Maße einhalten oder ob es zu einer Schwindung kommt.
Berechnung der Schwindung
Mit den gemessenen Werten können die Schwindungsraten des Materials berechnet werden. Diese Berechnung gibt Aufschluss darüber, wie stark das Material während des Druckprozesses seine Form verändert. Die Schwindung kann als der Unterschied zwischen den geplanten und den gemessenen Maßen des Testkörpers betrachtet werden, ausgedrückt als Prozentsatz der Gesamtgröße des Objekts.
Formel für Schwindung: Schwindung (%)=((Sollmaß−Istmaß)/Sollmaß)×100
Die Schwindung wird dann genutzt, um die Skalierung des Modells im Slicer zu korrigieren. Je nach Filamenttyp und Druckumgebung kann die Schwindung unterschiedlich ausfallen. Für den Orcaslicer sind dann die entsprechenden Korrekturen vorzunehmen, sodass die Druckeinstellungen zu den korrekten Dimensionen führen.
Neuer Druck mit korrigierten Einstellungen
Nachdem die Schwindungswerte für jedes Material berechnet und im Slicer eingestellt wurden, erfolgt ein zweiter Druck des Testkörpers. Dieser wird mit den neu kalkulierten Skalierungswerten gedruckt, um zu überprüfen, ob die Abweichungen nun minimiert wurden. Sollte der Druckkörper mit den neuen Einstellungen gut mit den Sollmaßen übereinstimmen, können die Einstellungen als gültig betrachtet werden
Analyse der Ergebnisse und Vergleich der Materialien
Nachdem die Testkörper für alle vier Filamente (CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG) mit den angepassten Einstellungen gedruckt wurden, werden die Ergebnisse der Messungen miteinander verglichen. Die Abweichungen und das Verhalten der Materialien hinsichtlich Schwindung werden bewertet. Mögliche Unterschiede zwischen den Filamenten in Bezug auf ihre Maßhaltigkeit und Stabilität werden dokumentiert.
Ziel:
- Vergleich der Toleranzen: Es wird untersucht, welches Material die besten Toleranzen aufweist und welches Material die größte Schwindung zeigt.
- Optimierungspotenzial: Falls ein Material größere Abweichungen aufweist, können eventuell gezielte Anpassungen im Slicer vorgenommen werden, um dieses Material besser auf die gewünschten Dimensionen zu bringen.
Zusammenfassung
Die Untersuchung der Toleranzen der vier Filamente – CR-Wood, Greentech Pro, Sunlu PLA und PETG – wird durch systematische Messungen und Anpassungen durchgeführt, um die Maßhaltigkeit und Skalierbarkeit der Materialien zu bewerten. Durch die gezielte Analyse der Schwindung können wichtige Erkenntnisse über die Druckgenauigkeit der einzelnen Filamente gewonnen werden. Die finalen Ergebnisse liefern wertvolle Informationen zur Auswahl des geeignetsten Filaments je nach Anwendungsbereich und helfen dabei, die optimalen Einstellungen für zukünftige Druckprojekte festzulegen.