Vom 3D Modell zum 3D-gedruckten Bauteil
Basis eines jeden 3D-gedruckten Bauteils ist das sogenannte 3D-Modell.
Dieses Kapitel beschäftigt sich mit den verschiedenen Herausforderungen rund um die 3D Modell Erstellung.
Genau geht es dabei um den 3D-Datenfluss, was dabei zu beachten ist und welche Möglichkeiten bestehen, eine druckbare Datei im Rechner zu erzeugen.
3D Modell - Grundlagen
Ehe man ein 3D-gedrucktes Bauteil in den Händen halten kann, bedarf es mehrerer Arbeitsschritte. Neben den einzelnen Schritten am 3D-Drucker selbst, erfordert auch die Datenaufbereitung mehrere Maßnahmen, um genau das gewünschte Bauteil aus dem Drucker zu erhalten.
Anhand der folgenden Darstellung wird deutlich, wie der Datenfluss bei 3D-Modellen aussieht und welche 3D-Daten in den jeweiligen Arbeitsebenen benötigt werden.
1.Druckdaten erstellen
Die Basis eines jeden 3D-Drucks ist ein Digitales Datenmodell.
Dieses kann auf der Grundlage einer CAD-Datenbasis oder durch Messung einer Vielzahl von Punkten stammen.
Mit diesen beiden Methoden wird das Digitale 3D-Modell erstellt, welches alle geometrischen Parameter des Bauteils enthält.
Was also sind CAD-Daten und Punktewolken?
CAD (Computer Aided Design)
CAD bezieht sich auf die rechnergestützte Generierung von Konstruktionsdaten. Die konstruktiven Aufgaben werden von der elektronischen Datenverarbeitung unterstützt, um Objekte für Bauwerke, Maschinen, Fahr- und Flugzeuge oder auch Kleidung herzustellen. In CAD können zwei- und dreidimensionale Modelle generiert werden.
Dabei gibt es Flächenmodelle, Volumenmodelle oder Parametrisches Modelle.
Volumenmodell erstellt mit CAD-Programm Fusion360
Punktewolke
Punktewolken entstehen beim 3D-Scan.
Das Modell wird dreidimensional eingescannt. Dabei werden viele kleine Punkte vermessen. In diesen Punkten können neben den Koordinaten (x,y,z) auch Farbinformationen enthalten sein.
Anschließend findet eine Flächenrückführung statt, das heißt, dass immer zwischen zwei Punkten eine Linie erstellt wird. Daraufhin wird aus den erstellten Linien einzelne Dreiecke erzeugt, sodass die komplette Oberfläche des Objektes mit einem Dreiecksnetz überzogen wird, die sogenannte Triangulation.
Wie gelangt man an die 3D Modelle und welche Möglichkeiten gibt es?
Zum besseren Überblick werden die einzelnen Bereiche jeweils in einem eigenen Unterkapitel näher erläutert. Für genauere Informationen rund um das jeweilige Thema dient der dafür vorgesehene Link.
Nutze bestehende 3D Modelle – Content Plattformen
Das steigende Interesse am 3D-Druck hat dazu geführt, dass immer häufiger 3D Modelle auf Internet-Plattformen gesammelt und getauscht werden. Die Designer präsentieren ihre Modelle zum Download – kostenlos oder gegen eine kleine Gebühr. Diese digitalen Marktplätze haben sich aufgrund der wachsenden Popularität des 3D-Drucks vervielfältigt und sind gut dafür geeignet, ein passendes Angebot oder eine Tauschbörse mit 3D Modellen zu finden.
Die meisten davon sind sogar kostenlos. Mit ein bisschen Glück findet man eine originelle Idee, die auf die eigenen Bedürfnisse angepasst und perfektioniert werden kann. Es ist also nicht unbedingt notwendig, ein eigenes digitales Modell als Grundlage für den 3D-Druck zu entwerfen.
Mit detaillierter Feinarbeit im CAD-Programm oder durch den Einsatz eines 3D-Scanners kann man viel Aufwand sparen.
3D Modelle selbst konstruieren
Wer nicht lange in diversen Plattformen nach der richtigen Druckdatei suchen möchte, der muss sich intensiv mit der 3D-Konstruktion beschäftigen.
Es gibt dafür ebenfalls verschiedene Programmtypen, die je nach Anwendung einige Vor- und Nachteile mit sich bringen. Die Auswahl des Konstruktionsprogramms ist weiterhin abhängig von den eigenen Fähigkeiten.
Ein hoch komplexes Programm, bei welchem die meisten Funktionen nicht genutzt werden können, steigert das Frustlevel. Hier ist weniger mehr.
Umfangreiche Informationen über „3D-Modelle selber konstruieren“ findet man auf dieser Seite ebenso wie eine Auflistung von CAD-Programmen und anderen Softwaretools.
3D-Scan
Die dritte Möglichkeit, ein 3D Modell zu erhalten, ist das 3D-Scannen.
Beim 3D-Scanning werden vorhandene Objekte/Modelle mittels unterschiedlicher Scanverfahren digitalisiert.
Dazu werden diese in Höhe, Breite und Länge gemessen. Je nach Scanverfahren können auch Farbinformationen verarbeitet werden.
Diese Möglichkeit der 3D Modell-Erstellung hat sich letzten Jahren rasant entwickelt, da sich die Qualität der 3D-Scans deutlich verbessert haben.
Mittlerweile wird dieses Verfahren nicht nur zur Modell-Erstellung, sondern auch zur Qualitätssicherung in Industriefirmen genutzt.
So können produzierte Bauteile (egal ob konventionell oder mittels 3D-Druck) mit dem digitalen Modell verglichen werden.
Jede Variante hat ihre Tücken, aber erfahrungsgemäß sind 3D-Scan und die eigene Konstruktion am lehrreichsten.
Mit dem 3D Modell allein kann der 3D-Drucker noch immer nichts anfangen. Ein 3D-Drucker versteht nur die Programmier-Sprache.
Um die Verbindung zwischen 3D Modell und Drucker herzustellen, gibt es die sogenannten Slicer-Programme.
In diesem Slicer findet die Druckvorbereitung statt. Dabei werden die Bauteile in einem virtuellen Bauraum deines 3D-Drucker positioniert. Des Weiteren werden hier die Parameter für den 3D-Druck eingestellt.
Export Datenformate für Slicer: .stl , .3mf, .vrml, .obj
2.Slicing - 3D Druck Aufbereitung
Slicer werden bei sämtlichen 3D-Druckverfahren benötigt.
In diesem Programm werden wichtige Informationen wie, Drucktemperatur, Füllmenge, Platzierung der Bauteile und deren Ausrichtung bzw. Anordnung festgelegt.
Die Anzahl an Parametern und Einstellungsmöglichkeiten unterscheidet sich von den Druckverfahren und Slicern.
Der Slicer zerlegt das Werkstück unter Einflussnahme der eingestellten Parameter in einzelne Schichten. Diese werden danach zu einem G-Code umgewandelt. Das Slicer-Programm muss mit dem 3D-Drucker kompatibel sein, damit dieser perfekt funktioniert. Deshalb wird diese Software oftmals kostenlos zum Drucker mitgeliefert.
Sobald die Datei an den 3D-Drucker geschickt wurde, ist das Pre-Processing für den 3D-Druck abgeschlossen. Das 3D-Datenmodell ist fertiggestellt.
Der 3D-Druck(er) kann nun starten.