Projekt „Balkon-AuTomaten“ – 3D-Exkurs

Hallo zusammen!

Nachdem Charly mit dem Raspberry Pi schon mächtig vorgelegt hat (und ich aus Zeitmangel immer noch keinen blassen Schimmer habe, wie ich an viele Feuchtigkeitssensoren komme), schreibe ich als nächsten Artikel einen kleinen Exkurs über 3D-Druck und – als praktisch anwendbares Beispiel -, wie man gedruckte Teile im Garten einsetzen kann. Fertiges Beispiel-Objekt ist dieser Etagen-Blumentopf, der als Tischdekoration mit kleinen Pflanzen geplant ist:

Blumentopf-Fertig

Druck-Blumentopf

Und jetzt: Schritt für Schritt von der Idee zum Objekt!

3D-Modelle für die gewünschten Gegenstände kann man sich mit geeigneter 3D-Software wie z.B. Sketchup (nein, nicht die Comedy-Serie …) entweder nach Wunsch selbst erstellen, wofür es ein wenig Erfahrung mit 3D-Modellierung benötigt – oder man benutzt eine der zahlreichen Seiten im Netz, auf denen es unglaubliche Mengen an bereits fertigen Modellen zur Auswahl gibt.

Die wohl bekannteste Seite dürfte Thingiverse sein – dort gibt es zu allen vorstellbaren Themenbereichen Modelle zum herunterladen. Für diesen Artikel habe ich mich dort an einem Beispiel bedient und habe diesen Topf hier verwendet: http://www.thingiverse.com/thing:291066 (Lizenz http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ )

Ein Modell wäre also da – was nun? Um das Modell in etwas greifbares zu verwandeln braucht es noch drei Dinge: Einen geeigneten 3D-Drucker, etwas Software und das Ausgangsmaterial.

Als Ausgangsmaterial kommt schnödes Plastik zum Einsatz – und zwar in Form eines dünnen, runden Filamentstrangs (in meinem Fall mit einem Durchmesser von 1,75 Millimetern), aufgewickelt auf eine Rolle. Es gibt verschiedene Kunststoffsorten, von PLA über ABS hin zu Nylon und anderen Spezialkunststoffen und natürlich verschiedene Farben. Die Materialien unterscheiden sich hinsichtlich Verarbeitung, Kosten, Flexibilität und Temperaturresistenz recht deutlich, ich benutze meist PLA: Das stinkt nicht arg beim drucken, braucht die geringsten Verarbeitungstemperaturen, lässt sich unter industriellen Bedingungen durch Kompostierung recyclen und ist einigermaßen günstig zu bekommen. Ob der PLA-Topf den Sommer mit Sonneneinstrahlung und Hitze einigermassen übersteht werde ich dann am Ende das Jahres berichten.

Filament

Filamentrolle – hier in gelb.

 

Die nötige Software verwandelt die Geometriedaten des Modells im ersten Schritt in Steuercode für den Drucker (auf nerdisch heisst dieser Prozess „slicing“) – dabei wird das Modell in Schichten zerlegt und die Schichten anschliessend in Bahnbefehle (den sogenannten G-Code) für den Druckkopf. Im zweiten Schritt wird die Datei mit dem Steuercode auf den Drucker geladen und die Software auf dem Drucker-Microcontroller fährt die programmierten Bahnen ab und schichtet dabei ähnlich einer Heißklebepistole den Kunststoff allmählich zum Objekt.

Slicer

Slicer-Software im Einsatz

Software, Rohmaterial, Modell wären da – fehlt noch der 3D-Drucker selbst. Den kann man entweder fertig zusammengebaut im Laden oder im Internet kaufen, es gibt fertig zusammengestellte Bausätze die bereits alle nötigen Teile enthalten und, für sehr leidensfähige Nerds, die Möglichkeit sich an einem selbst entwickelten Modell aus den einschlägigen Foren zu orientieren und die Teile komplett selbst zu beschaffen. Die wesentlichen Bestandteile sind ein geeigneter Rahmen für die Befestigung der Teile, die mechanischen Komponenten (Wellen, Lager, Spindeln usw.) für die Bewegungen in allen drei Achsen, die Elektronikkomponenten für Steuerung und Antrieb (Motoren, Microcontroller, Sensoren) und die Druckteile (Druckbett, Extruder und Hotend).

Das Prinzip eines 3D-Druckers ist denkbar simpel und ähnelt, wie oben schon geschrieben, einer Heißklebepistole: Das Filament wird vom Extruder in das heisse Hotend geschoben, schmilzt dort und wird als warme Kunststoffwurst durch die Düse gedrückt. Das ganze passiert schichtweise. Fertig :) Die Magie liegt dann in der richtigen Berechnung der extrudierten Menge, der Bewegungen und der passenden Temperaturen – das erledigt aber die ziemlich ausgereifte Firmware alles selbst, so dass im Prinzip nur an einigen (vielen) Parametern wie Drucktemperatur, Geschwindigkeit usw. im Slicer gedreht werden muss, bis alles sauber funktioniert.

Genug Nerd-Gequatsche, Bilder sagen doch deutlich mehr – so sieht mein Exemplar aktuell aus:

Drucker

Nach einem Modell aus dem Netz (Einem „SparkCube“, Info dazu hier:  www.the-sparklab.de ) mit einigen Modifikationen selbst zusammengedengelt und nach unerwartet wenig Komplikationen betriebsfähig (aber noch nicht schön aufgeräumt und schon gar nicht sauber verkabelt). Richtig fertig wird der Würfel wohl nie, mein innerer Bastelnerd hat schon einige Verbesserungen auf dem Plan und die hässlichen Sperrholzplatten müssen für mehr Style auch noch gebürsteten Dibond-Aluplatten weichen. Die noch lose rumliegenden Aluprofile sind bereits für die erste Erweiterung vorgesehen, nämlich ein Abteil für die Elektronik rechts des Druckraums.

Dann: Los geht’s mit dem 3D-Druck – dem Slicer war zu entnehmen, dass der Druck mit 0,4mm dicken Schichten knapp 4h benötigen wird. Feinere Strukturen werden mit dünneren Schichten gedruckt, aber der Blumentopf hat zum einen keine feinen Details und hätte mit 0,2mm Schichtdicke dann doch fast 8h gedruckt, und das wollte ich mir nicht antun (unbeaufsichtigt lasse ich den Drucker momentan nicht laufen, die Heizpatronen und -Matten erzeugen doch recht große Hitze).

Druckvorgang

Drucker bei der Arbeit

Nur wenige Stunden später hat der Drucker dann sein Werk getan:

Druckende

Für den gedruckten Blumentopf braucht es dann drei der Elemente und zwei Verbinder (natürlich auch gedruckt) – und dann müssen nur noch ein paar Pflänzchen rein!

Viele Grüße,

Martin

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