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Slicer-Software für FDM-3D-Drucker
3D-Drucker sind nur so schlau wie ihre Slicer. Mit der üblicherweise kostenlosen Software übersetzt man 3D-Vorlagen in Druckanweisungen und holt das Optimum aus Druckern jeder Preisklasse. Wir führen durch das Dickicht an Einstellungen.
Einem 3D-Drucker bei der Arbeit zuzuschauen wird nicht langweilig. „Warum ist er hier nach rechts statt nach links abgebogen? Warum füllt er zuerst diese Fläche und macht nicht da drüben weiter?“ Die exakte Antwort auf diese Fragen ist enttäuschend trivial: Der 3D-Drucker macht genau diese Bewegung, weil er nur stur G-Code [1] ausführt und die Anweisungen der Programmiersprache ihm befehlen, genau das zu machen. Das Faszinierende daran, die raffinierte Strategie hinter den Bewegungen hat zuvor ein Algorithmus in einer Software, dem Slicer, erzeugt.
In den Slicer lädt man vor dem Druck am PC ein 3D-Modell als STL- oder 3MF-Datei. Die Dateien bilden nur die Form des Modells ab, haben aber keine Anweisungen für den Drucker parat. Der Slicer schneidet das Modell in druckschichthohe Scheiben und entwickelt dann für jede Scheibe eine Strategie, wie sich die Düse des FDM-Druckers (FDM steht für Fused Deposition Modeling, also 3D-Druck mit zielgenau aufgeschmolzenem Plastikfäden (Filament) bewegen soll, damit am Ende ein möglichst stabiler, maßhaltiger und makelloser Druck entsteht. Slicer sind damit die Intelligenz hinter dem 3D-Druck und die Hauptverantwortlichen für den Erfolg der Drucke.
Alle wichtigen Slicer sind kostenlos nutzbare Open-Source-Software, die sich umfangreich konfigurieren lässt (für einen Test auch mit proprietären Slicern im Testfeld siehe [2]). Aufgrund der vielen Einstellungen, die sie anbieten, wirken sie auf Einsteiger abschreckend komplex. Über Slicer-Einstellungen kann man äußerlich gleiche Objekte aber auch außergewöhnlich leicht, halsbrecherisch schnell oder besonders stabil drucken.
Produktive Konkurrenz
Die beiden wichtigen Slicer auf dem Markt sind Cura und PrusaSlicer. Beide sind kostenlos nutzbar sowie quelloffen und laufen auf Windows, macOS und Linux. Die Entwicklung von Cura betreut der niederländische Druckerhersteller UltiMaker, die wichtigsten Neuerungen der letzten Jahre kamen aber aus der Community und aus der Forschung. PrusaSlicer fußt auf dem Urgestein Slic3r und wird von der tschechischen Firma Prusa Research betreut. Der Fork SuperSlicer wird unabhängig entwickelt und unterscheidet sich bisher kaum von PrusaSlicer.
Die beiden Programme stehen in sehr produktiver Konkurrenz zueinander: Cura war etwas schneller, den revolutionären Arachne-Algorithmus aus der Forschung zu implementieren, der feinere Strukturen erlaubt und ungewollte Hohlräume vermeidet. PrusaSlicer zog aber nur wenige Monate später nach. Momentan überbieten sich die Konkurrenten mit immer besseren Implementierungen von baumförmigen Stützstrukturen. Für Nutzer ist die Konkurrenz ein Garant für ständige Verbesserungen und neue Funktionen. Zuletzt hatte Cura die Nase vorn mit neuen Features für FDM-Druck, PrusaSlicer war schneller bei Verbesserungen an der Benutzeroberfläche (Aufmalstützen, Stützblocker, ein Schneidewerkzeug in der Alpha-Version). Prusa stellt auch einen Resinharzdrucker her, für den man ebenfalls mit PrusaSlicer die Druckdateien vorbereitet, während sich Cura ganz auf FDM konzentriert.
Beide Programme zeigen beim ersten Start nicht alle Druckeinstellungen an, um Anfänger nicht zu sehr zu verwirren. In den Programmeinstellungen kann man das umstellen, um volle Kontrolle über Hunderte Druckeinstellungen zu übernehmen. Im Zweifelsfall sollte man bei den sinnvollen Voreinstellungen bleiben. Wir schätzen die Einarbeitungszeit für Anfänger auf ein bis zwei Stunden, erfahrene 3D-Drucker brauchen einige Dutzend Stunden, um die Programme zu meistern.
Manche Hersteller legen ihren Druckern andere Slicer bei, meist um die Einstiegshürde zu senken. Unsere Erfahrungen mit diesen Programmen sind eher durchwachsen: Oft sind es reduzierte Versionen der „großen“ Open-Source-Slicer, die deren Entwicklung bald hinterherhängen. Für erste Tests mit einem neu aufgebauten Drucker reichen sie aus, mit steigender Erfahrung fehlen ihnen aber wichtige Features. Das größte Problem ist aber die kleinere Community, die bei Problemen mal helfen könnte: Erfährt man beispielsweise über YouTube von einem neuen Kniff, findet man leicht konkrete Infos im Netz, um den mit Cura oder PrusaSlicer umzusetzen. Mit einem Programm wie Luban (mitgeliefert beim Snapmaker) lässt sich der Kniff entweder gar nicht umsetzen oder man findet nirgends konkrete Hinweise. Aus dem gleichen Grund raten wir von proprietären G-Code-Generatoren wie dem in der CAD-Software Fusion360 ab: Abgesehen von wenigen Spezialfällen ist es besser, Modelle mit PrusaSlicer oder Cura zu slicen.
GUI-Geschmackssache
Cura hat ein aufgeräumtes Interface mit allen Einstellungen in einem Ziehharmonikamenü auf der rechten Seite. Das scheidet die Geister: Viele Anwender bevorzugen die über ein seitliches Menü seitenweise erreichbaren Einstellungen in PrusaSlicer. Andere fühlen sich gerade wegen der Masse der dort aufgeführten Einstellungen erschlagen und würdigen, dass man in Cura jede nicht gebrauchte Einstellung einzeln verstecken kann.
Beide Programme nutzen ein mit Reitern eingeteiltes Interface mit mehreren 3D-Ansichten. Im ersten Reiter platziert man die Objekte im Druckraum (Werkzeuge zum Drehen und Skalieren stehen in einer Leiste links zur Verfügung). In der gleichen Ansicht legt man auch fest, an welchen Stellen der Slicer keine Stützstrukturen erzeugen soll. Danach startet man den Algorithmus, wodurch die Ansicht mit dem vorläufigen Ergebnis im zweiten Reiter verfügbar wird. Dort zeigen die Programme die mit diesen Einstellungen berechneten Druckbahnen an und man bekommt eine Vorschau, welche Details der Vorlage der FDM-Drucker überhaupt erzeugen kann. Jeweils auf der rechten Seite gibt es eine Skala mit einem verschiebbaren Anzeigebereich, mit der man einen Anteil der Schichten ausblenden kann. Das erlaubt einen Blick in die innere Struktur – ein essenzielles Feature, um mögliche Probleme wie unzureichend gestützte Brücken und Überhänge zu identifizieren oder Stützmaterial, dass nicht entfernbar im Druck feststecken wird.
Mit welchem der beiden Programme man lieber arbeiten will, ist Geschmacksache. Durch die rasante Entwicklung beider Programme muss man eigentlich nicht auf einzelne Features schielen. Wir empfehlen, einfach mit beiden Programmen mindestens 30 Minuten herumzuprobieren und danach dem eigenen Bauchgefühl zu folgen. Wenn Ihr Umfeld im Makerspace oder auf Social Media schon eine Vorentscheidung getroffen hat, kann es sich lohnen, sich einfach anzuschließen. Die Möglichkeit, persönliche Tipps zu bekommen, ist eventuell mehr wert, als sich an eine andere Oberfläche gewöhnen zu müssen.
Einstellungssuche
Beim Design von Apps gilt es als schlechtes Zeichen, wenn Nutzer viele Einstellungsmöglichkeiten brauchen. Oft gibt es dann nämlich Kombinationen von Einstellungen, die für niemanden nützlich sind. Apps sollten dann lieber selbst herausfinden, was richtig ist, und die Nutzer nicht nach etwas fragen, das viele Nutzer nicht wissen.
Das gilt im Prinzip auch für Slicer, zeigt aber ein grundsätzliches Problem der Technik und weniger eines der Programme: 3D-Druck ist noch nicht so weit entwickelt, dass Nutzer es sich leisten können, nicht genau zu wissen, was ihre Maschine macht, etwa wie viel Überhang tolerierbar ist oder welche Konturdicke stabile Drucke erzeugt. Bisher kommt man nicht drumherum, eine Menge Erfahrung anzuhäufen, um Parameter einigermaßen zu beurteilen, mit denen der Slicer arbeiten sollte. Zum aktuellen Zeitpunkt sollten Slicer Ihnen möglichst alle Einstellungsmöglichkeiten an die Hand geben, damit Sie Probleme auch selbst lösen können.
Für Grundschüler und Gelegenheitsbesucher im Makerspace sind das schlechte Nachrichten, weil der Einstieg aufgrund der Detailfülle relevanter Infos zunächst schwierig erscheint. Auch wir sind darüber nicht glücklich, können den Stand der Technik nicht ändern, aber Ihnen die wichtigsten Einstellungen knapp erklären, damit das erste Modell schon bald ordentlich geslict in den Drucker wandert.
Filamenteinstellungen
Damit der Drucker erfolgreich arbeitet, müssen mindestens die Temperaturen von Düse und Hotend passend zum Filament eingestellt sein. Filamenthersteller geben auf der Packung eine Empfehlung für diese Temperaturen an. Sollte der Drucker einen systematischen Fehler zeigen und beispielsweise die Betttemperatur konsequent 10 °C zu niedrig messen, kann man im Slicer schnell und einfach nachkorrigieren. Für den Anfang empfiehlt es sich, Standardfilamente zu drucken, deren Temperaturen sind Teil von „Profilen“. Man wählt dann im Slicer das Filament und seine Parameter werden als Voreinstellungen übernommen.
Bei Druckern, die sich schnell bewegen können, stellt sich zusätzlich die Frage, wie viel Plastik die Düse pro Sekunde schmelzen kann. Cura kann diese Flussrate anzeigen, in PrusaSlicer kann man sogar ein Maximum festlegen (maximale Volumengeschwindigkeit), damit der Drucker abbremst, um es nicht zu überschreiten. Unter 10 mm3/s schaffen alle üblichen Hotends von FDM-Druckern, Werte über 20 mm3/s sind üblicherweise nur mit High-Flow-Hotends und/oder speziellen Düsen wie der Bondtech CHT erreichbar. Was der eigene Drucker schafft, können Sie nach der Methode von CNC-Kitchen systematisch testen und den G-Code für den Test mit unserem Colab-Skript erzeugen [3].
Perimeter und Infill
Für die Stabilität des Objekts sind vor allem die Wandstärke und die Anzahl an Umfangslinien entscheidend. Die horizontalen Flächen stellen Sie über die Dicke des Bodens und der Decke ein. Der Raum dazwischen ist üblicherweise großteils leer, weil ein 3D-Muster im Inneren, das „Infill“ nur um die 20 Prozent des Volumens ausfüllen muss, um alles andere ausreichend zu stützen. Bei weniger als 10 Prozent Infill werden die Zwischenräume so groß, dass Deckschichten zum Teil durchhängen können. Infill nahe 100 Prozent nutzt man zusammen mit mindestens sechs Umrisslinien für Drucke, die maximale Stabilität brauchen. Zu viel Infill verschwendet das teure Filament.
Eine entscheidende Verbesserung der Slicer brachte der inzwischen sowohl in Cura als auch PrusaSlicer implementierte Arachne-Algorithmus. Er passt die Breite der Druckbahnen nach Bedarf an, was Lücken zwischen den Bahnen vermeidet und gleichzeitig feinere Details an der Außenseite ausformt. Arachne ist eine kleine Revolution im FDM-Druck und wir empfehlen dringend mindestens Cura 5.0 oder PrusaSlicer 2.5, da ältere Versionen Arachne noch nicht enthalten.
Betthaftung
Haftet ein Druck nicht am Druckbett oder heben sich Ecken wegen Warping (unter thermischen Spannungen zwischen den Schichten verformter Druck) leicht ab, kann der Slicer einen sogenannten Brim hinzufügen. Das ist ein Rand mit Schichthöhe 1, der sich mit erträglichem Aufwand vom Druck entfernen lässt. Er sorgt für eine erheblich größere Fläche in Verbindung mit dem Bett und verbessert die Haftung nennenswert. Erlaubt die Form des Objekts, es ohne Brim zu drucken, spart man sich das Entfernen – und ein bisschen Filament.
Fließt beim Aufheizen schon Filament aus der Düse (Oozing), kann das in der ersten Schicht fehlen. Abhilfe schaffen eine Pirme-Line (eine Druckbahn zum Durchspülen der Düse) am Rand des Druckbetts (das ist teilweise eine Funktion des Druckers und nicht immer eine Sequenz an G-Code-Befehlen) oder ein Skirt. Der Skirt ist eine Linie um die Kontur des Objekts, die an keiner Stelle berührt. Fehlt etwas Plastik in dieser Linie, stört das nicht im Druck und durch die geringe Distanz hat die Düse kaum Gelegenheit, über Oozing wieder Plastik zu verlieren. Für Drucke ohne Brim empfehlen wir ein Skirt von ein bis zwei Umrundungen.
Gegen Warping kann der Slicer den Skirt als „Windshield“ auch auf die volle Höhe des Objekts wachsen lassen. Der Windschutz blockt kalte Luftströmungen und kann ausreichen, dass Drucke auch ohne beheizten Bauraum ausreichend wenig warpen.
Geschwindigkeiten
Auch die Druckgeschwindigkeit lässt sich im Slicer einstellen. Was möglich ist, hängt an der Stabilität der Druckerkonstruktion. Bettschubser drucken meist zwischen 60 und 80 mm/s, Delta- und CoreXY-Maschinen deutlich über 100. Schwingt der Rahmen, zeigt sich das als Wellenlinien hinter scharfen Kanten, für die sich der Begriff „Ringing“ eingebürgert hat. Stellt man die Geschwindigkeit herunter, werden die Wellen kleiner.
Zu langsam sollte man allerdings auch nicht drucken, weil der Kunststoff im flüssigen Zustand anbacken und verspröden kann. In Extremform kann man das an der kleinen Menge an Plastik beobachten, die außen an der Düse festbackt, nachdem man für viele Stunden gedruckt hat. Das spröde Material, das man dort abkratzen kann, erinnert weder von der Farbe noch der Konsistenz an das Filament, aus dem es entstanden ist.
Druckt man schmale hohe Teile schnell, zeigt sich oft ein Problem durch eine zu geringe Kühlung. Der Kunststoff einer Schicht hat zu wenig Zeit, fest zu werden, bevor die Düse schon die nächste Schicht obendrauf packt. Der weiche Turm sackt dann seitlich weg. Abhilfe schaffen stärkere Lüfter für die Bauteilkühlung oder man druckt mehrere Teile gleichzeitig. Geht nichts davon, dann stellt man im Slicer eine verringerte Druckgeschwindigkeit ein. In PrusaSlicer und Cura kann man eine „Minimum Layer Time“ einstellen, damit die Drucker nur dann langsam drucken, wenn die Schicht sonst zu früh fertig würde.
Schichthöhen
Je geringer die Höhe der gedruckten Schichten, desto feiner ist die Auflösung des Drucks in Z-Richtung, also in der Vertikalen. FDM-Drucker können bis circa 0,7 Millimeter hohe Schichten drucken, brauchen aber bei geringer Schichthöhe viel länger. Höher als ungefähr ein Dreiviertel des Durchmessers der Düsenbohrung sollten Sie auch nicht drucken, weil die Schichten dann nicht mehr gut aufeinander haften. Mit dem halben Düsendurchmesser bekommen Sie in alle Raumrichtungen eine ungefähr gleich feine Auflösung.
Ein Kompromiss bei der Druckzeit kann eine variable Schichthöhe im Slicer sein. PrusaSlicer bietet dafür eine Einstellmöglichkeit per Hand, bei Cura findet sich in den experimentellen Eigenschaften „Use Adaptive Layers“, was automatisch für eine höhere Z-Auflösung an flachen Stellen im Modell sorgt.
Stützmaterial
Designs, die Stützmaterial erfordern, lernt man schnell zu vermeiden, weil sich das oft nur schwer entfernen lässt und die Flächen, auf denen es aufliegt, unsauber aussehen. Das klappt aber nicht immer. Je größer die Düsenbohrung, desto schwerer lässt sich Stützmaterial wegbrechen. Wer einen Drucker mit zwei Düsen hat, kann wasserlösliches Stützmaterial drucken, um zumindest das Entfernen zu erleichtern.
Die neuen organischen Stützstrukturen in Cura und PrusaSlicer versprechen deutlich weniger Plastik im Stützmaterial zu verschwenden, das sich gleichzeitig viel leichter entfernen lässt. Weil sie ein bisschen wie Mangrovenbäume aussehen, wird das Feature auch als „Tree Supports“ bezeichnet. Als brandneues Feature müssen Sie das organische Stützmaterial bewusst aktivieren. Soweit wir das Feature bisher testen konnten, lohnt sich das immer.
Fazit
Wählen Sie Cura oder PrusaSlicer je nachdem, welche der beiden Bedienoberflächen Sie bevorzugen. Alles, was wir über PrusaSlicer geschrieben haben, gilt genauso für SuperSlicer, sodass Sie zwischen den beiden Ihre Lieblingsvariante wählen können. Suchen Sie anschließend im Netz nach Profilen für Ihren Drucker. Die können Ihnen viel Arbeit bei der Suche nach den perfekten Einstellungen ersparen. Sollten Sie für Ihren Drucker kein fertiges Profil finden, nehmen Sie eins eines technisch ähnlichen Druckers als Basis und messen Sie die nötigen Parameter an Testdrucken nach.
Lassen Sie sich nicht frustrieren, wenn Drucke nicht beim ersten Versuch gelingen. Mit einiger Erfahrung war bei uns im Durchschnitt die dritte Iteration ein benutzbares Teil. Mit der Zeit werden Sie erfahrener und Ihr Drucker wird immer öfter beim ersten Versuch das gewünschte Teil produzieren. Übung macht den Slicer-Meister. (pmk@ct.de)
Linear Advance einstellen, Flow-Test-G-Code-Generator: ct.de/yzs9