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Ausgiebige Belastungstests und quantitative Methoden sind beim 3D-Druck aussagefähiger als Sichtprüfungen.

Wenn es um Druckqualität und -Präzision geht, betonen die Hersteller von Desktop-3D-Druckern gerne die Schichthöhe. Während diese bei der Druckqualität durchaus eine Rolle spielt, ist sie nur einer der vielen messbaren Faktoren, die zum Qualitätseindruck beitragen. Druckqualität ist eine Kombination aus dem, was man mit dem Auge feststellen kann, und funktionellen Eigenschaften, wie Maßhaltigkeit, Oberflächengüte, der Möglichkeit, Überhänge zu erstellen, dem Umgang mit Ablagerungen, Antriebsmechanik, Bewegungssteuerung, Materialeigenschaften und Slicing-Algorithmen.

All diese Faktoren hängen eng miteinander zusammen. Wenn man einen davon verändert, wirkt sich das auf andere aus. Das macht es etwas schwierig, den genauen Einfluss der einzelnen Faktoren auf die Gesamtdruckqualität festzustellen. Allerdings ist es möglich, Testgeometrien zu erstellen, mit denen bestimmte Aspekte der Druckqualität überprüft und einzeln bewertet werden, während die anderen Variablen konstant bleiben. Das erlaubt eher eine quantitative und parametrische Beurteilung der Druckqualität, als dies durch den Vergleich einer beliebigen Anzahl traditionellerer Druckmodelle möglich wäre.

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3D-Druck-Probestücke von Make (0 Bilder) [1]

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Warum gerade diese Auswahl an Geometrien?

Jedes dieser Modelle wurde entwickelt, um jeweils einen Aspekt der Druckqualität genauestens zu überprüfen. Obwohl damit nicht alles getestet werden kann, werden damit die Faktoren überprüft, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Qualitätswahrnehmung sowie auf die Funktionalität und Leistung haben. Jede Geometrie wurde im Hinblick auf einen minimalen Materialverbrauch und eine kürzestmögliche Druckzeit optimiert. Darüber hinaus wurden einige der Tests – wie der Test der feinen Strukturen und der Überhangtest – entwickelt, um den Drucker in die Knie zu zwingen und Fehler zu provozieren. Dabei ist an Verstopfungen im Extruder oder an Fehler bei der Schichtung zu denken.

Mit Belastungstests, die den Drucker an die Grenze seines Könnens bringen, erhält man mehr Informationen als mit anderen Teststrategien. Außerdem bilden sie einen quantitativen Rahmen zur Bewertung von Druckergebnissen und ermöglichen die gemeinsame Nutzung von Evaluierungsprotokollen. Statt subjektiv zu beurteilen, wie "kleckerig" das Ergebnis eines Tests der feinen Strukturen ist, lassen sich Strukturen erstellen, die den Extruder während des Druckvorgangs zuverlässig in einen Fehlerzustand versetzen werden. Wenn der Druck fehlschlägt, lässt sich die Fehlerquelle durch Messen der Höhe mit einem Tastzirkel quantifizieren.

3D-Druck

Der Sammelbegriff 3D-Druck steht heute für ein ganzes Bündel von Fertigungstechniken, die nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren und sich jeweils nur für ganz bestimmte Materialien eignen. Ihr gemeinsamer Nenner: Alle Verfahren bauen dreidimensionale Objekte, indem sie Material in dünnen Schichten auftragen und verfestigen.

• So arbeiten 3D-Drucker [3]
• Mehr Infos zu 3D-Druckern [4]

Warum nicht einfach einen großen Testdruck machen?

Es ist oft verlockend, alle Testfunktionen in eine umfassende Geometrie aufzunehmen. Während das in einigen Fällen eine gute Lösung ist, sind kombinierte Geometrie-Testdrucke unvereinbar mit Belastungstests, die bis zum Ausfall gehen. Fehler bei der Geometrie können sich negativ auf die Schichtung anderer Strukturen des Modells auswirken. Dazu kommt, dass sich durch das Kombinieren von Teststrukturen die Bedingungen ändern, unter denen die Teile gedruckt werden. Überhänge lassen sich zum Beispiel am besten aufeinander schichten, wenn die vorangehende Schicht die Möglichkeit hat, abzukühlen, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird. In einem kombinierten Testdruck haben Überhänge zwischen den Schichten eventuell eine zusätzliche Abkühlzeit. Dadurch kann sich die Leistung des Druckers in dieser Hinsicht verbessern. Werden Überhänge isoliert getestet, hat jede Schicht die gleiche (sehr kurze) Zeit zum Abkühlen, sodass die Testbedingungen für jeden Überhangwinkel konsistent sind und den gleichen Schwierigkeitsgrad haben. Schafft das Gerät es, alle Überhangwinkel unter diesen anspruchsvollen Bedingungen richtig abzubilden, werden ihm integrative, kombinierte Geometrien keine Probleme bereiten.

Was bedeutet das für den Vergleich aktueller 3D-Drucker?

Zum Testen aktueller 3D-Druckermodelle für den Desktop haben wir die hier genannten quantitativen Methoden eingesetzt – die ersten Ergebnisse haben wir online in eine Tabelle [5] eingetragen, die wir fortlaufend um weitere getestete 3-Drucker ergänzen werden. Außerdem stellen die Kolleginnen und Kollegen der US-Ausgabe von Make alle ihre Testdrucke und Bewertungsprotokolle [6] bereit, sodass jeder Interessierte die Ergebnisse reproduzieren kann. Die spannende Implikation ist, dass Änderungen an der Software, der Mechanik oder dem eingesetzten Material nun mit Veränderungen einer bestimmten, messbaren Qualitätsleistung korreliert werden können. Das bietet einen methodischen, quantitativen Rahmen für die Bewertung und Verbesserung der Druckqualität.

Die Testobjekte gibt es bei Thingiverse zum Download [7]; wie die Ergebnisse im Detail zu bewerten sind, steht in einem englischen Online-Artikel der US-Ausgabe [8] der Make.

(pek [9])

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https://www.heise.de/-2545687

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[1] https://www.heise.de/bilderstrecke/1431584.html?back=2545687;back=2545687
[2] https://www.heise.de/bilderstrecke/1431584.html?back=2545687;back=2545687
[3] https://www.heise.de/ratgeber/So-arbeiten-3D-Drucker-2545696.html
[4] http://www.heise.de/thema/3D_Drucker
[5] https://www.heise.de/tests/FDM-3D-Drucker-im-Vergleich-2545710.html
[6] http://makezine.com/go/print-quality
[7] https://www.thingiverse.com/MAKE/collections/2015-test-prints-make-annual-guide-to-3d-printing
[8] http://makezine.com/2014/11/07/how-to-evaluate-the-2015-make-3dp-test-probes/
[9] mailto:pek@ct.de

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