3D-Druck robuste Schnelldruckstrukturen

chris schrieb:
> Kennt jemand gute Beispiele für den 3D-Drucker dafür?

Du meinst Dreiecke? Die sind ziemlich stabil, ja.

Für Infill werden sie deshalb auch gerne benutzt, als Shell wär mir da 
eine automatische Funktion neu.

In Cinema 4D gibt es die Möglichkeit, alle Polygone im Mesh in Dreiecke 
umzuwandeln und dann die Kanten voluminös zu machen, während die Flächen 
wegfallen.
Irgendwas mit "Atom ..." heißt diese Funktion glaub ich.

Das Hauptproblem bleibt aber: Du kannst nicht in die Luft drucken.

Ähm, das ist ja genau der Vorteil der additiven Verfahren ('complexity 
for free'). Dabei geht es nicht in erster Linie um die Druckzeit, 
sondern um Materialeinsparung / Leichtbau.

Auf der Formnext vorletzte Woche in Frankfurt konnte man an jedem 2. 
Stand Beispiele dafür sehen. Solche Strukturen können auch auf die 
angreifenden Kräfte optimiert werden. Bäume und Knochen machen das 
übrigens schon lange, also lastoptimierte additive Fertigung ;-)

Inzwischen gibt es mächtige Software-Werkzeuge um so etwas zu 
simulieren.

Im einfachsten Falle, ohne besondere Optimierung, sind es Waaben- oder 
Gitterstrukturen.

Was genau ist deine Frage?

Typ schrieb:
> Das Hauptproblem bleibt aber: Du kannst nicht in die Luft drucken.

Aber sicher. Nur nicht mit den "Würstchen-Druckern". Mit SLS oder SLM 
geht das sehr wohl...

Mal eben probiert.

Links ein normales Kugelmesh, in der Mitte das Mesh nach dem 
"Triangulieren", rechts das triangulierte Mesh in einem "Atom Array".

butsu schrieb:
> Aber sicher. Nur nicht mit den "Würstchen-Druckern". Mit SLS oder SLM
> geht das sehr wohl...

Richtig, leider sind die im Hobbybereich noch nicht wirklich angekommen, 
zumindest nicht preislich, soweit mein letzter Stand :/

Die Slicer haben auch Optionen für verschiedene Füllstrukturen, Waben 
(honeycomb) oder rectilinear und weitere.

>Mal eben probiert.
Mit welchem Programm hast Du das gemacht?

Ich habe gerade mal versucht, mit OpenScad eine Art Lochblech zu machen.
Vielleicht ist so eine Struktur relativ stabil. Auf jeden Fall braucht 
es wenig Material.
Eventuell könnte ein Winkel nach oben gegen Durchbiegen helfen.
Was mein Ihr?

chris schrieb:
>>Mal eben probiert.
> Mit welchem Programm hast Du das gemacht?

Wie oben gesagt, Cinema 4D.

chris schrieb:
> Vielleicht ist so eine Struktur relativ stabil.

Runde Strukturen sind tendentiell gegen nichts wirklich stabil, außer 
gegen gleichmäßige, radiale Kräfte.

Wie gesagt, Dreiecke.

chris schrieb:
> Was mein Ihr?

Dass "stabil" ein sehr vager Begriff ist, den man erstmal genauer 
definieren muss.

>Runde Strukturen sind tendentiell gegen nichts wirklich stabil

Wirklich runde wahrscheinlich nicht, aber organische Strukturen wie in 
einem Knochen sind eher "rundlich" als eckig. Hier am Beispiel von 
Möbeln:
https://deavita.com/lifestyle/designer-stucke/3d-druck-moebel-design.html

In der Mechanik neigen harte Kanten und Ecken eher zum brechen, deshalb 
muss eigentlich alles abgerundet werden.

Ich suche jetzt erst mal nach einem Stab oder U-Profil was möglichst 
schnell und mit möglichst wenig Material gedruckt wird.

Eigentlich geht es mir bei dem Ganzen um ein Rapid-Prototyping-System 
mit dem ich schnell vorgefertigte Teile von einer SD-Karte drucken kann.
Vielleicht so ähnlich wie Legoteile. Mit diesen Teilen kann man dann 
experimentieren und schnell verschiedene Mechaniken z.B. für kleine 
Roboter zusammen stecken.

Sehr lange Durckzeiten habe auch große Platten. Hier könnte man 
vielleicht eine ganz dünne Fläche drucken und dann verschiedene 
Stützstrukturen.

Bei den Modellfliegern ist Materialgewicht und Stabilität ein wichtiges 
Thema, wie man in diesem Video sehen kann:
https://www.youtube.com/watch?v=p39iE-oc5M8

Hmm, der Clou beim 3D Drucken ist doch das man alles passgenau entwirft 
und drucken lässt, möglichst ohne etwas nachträglich bearbeiten zu 
müssen.
Ich habe aber auch mal einen Bericht gesehen da haben wurden tatsächlich 
richtige Legosteile als 'Infill' oder Stützstruktur genommen um die 
Druckzeiten für große Teile zu reduzieren.
Und wie geschrieben, selbst wenn man einen geschlossenen Quader hat kann 
der Slicer den innen durch geringes Infill selber leicht und 
materialsparend gestalten.
Als CAD Programm benutze ich Fusion360, damit kann auch leicht Flächen 
oder Volumen mit Stegen verstärken. Man braucht nur ein Linienmuster auf 
die Fläche zu zeichnen und Fusion erzeugt daraus die Stege mit 
einstellbarer Breite und Höhe.

chris schrieb:
> Sehr lange Durckzeiten habe auch große Platten. Hier könnte man
> vielleicht eine ganz dünne Fläche drucken und dann verschiedene
> Stützstrukturen.

Du versuchst das Rad neu zu erfinden.

Wenn man einem Slicer einen Quader vorwirft, wird er den 3D-Drucker ohne 
Weiteres dazu anleiten, eine dünne Hülle mit wabenartiger Füllung zu 
drucken.

Der Slic3r hat da wohl mehr drauf als cura 2.5 das ich sonst meist 
verwende, habe mal einen Testwürfel mit verschiedenen Mustern durch den 
slic3r laufen lassen. Die Muster sind dabei alle in den Schichten gleich 
aufgebaut, bis auf 3D-Honeycomb, das bildet richtige 3D Waben.

>habe mal einen Testwürfel mit verschiedenen Mustern

Schöne Bilder :-)
Sind die Strukuren im Slicer eingebaut, oder hast Du sie designed?

>Hmm, der Clou beim 3D Drucken ist doch das man alles passgenau entwirft
>und drucken lässt, möglichst ohne etwas nachträglich bearbeiten zu
>müssen.

So wäre es ideal, wenn das Drucken und das Designen am Bildschirm nicht 
so lange brauchen würden. Mir geht das alles zu lange und ist weit 
entfernt vom "Rapid-Prototyping".
Ich habe ein wenig mit Legos gespielt und finde es deutlich intuitiver, 
Elemente in der Hand zu haben und frei zu kombinieren als mit einem 
CAD-Programm.
Ich könnte mir vorstellen, dass man ein paar Grundelemente designed und 
auf der SD-Karte des Druckers speichert. Das Optimierungskriterium für 
die Element ist vor allem "Druckgeschwindigkeit" und damit wohl auch 
Materialverbrauch.

Wenn man während des "Spielens" dann feststellt, dass für ein 
gewünschtes Objekt fehlt z.B. ein Winkelelement, kann man das ja am 
CAD-Programm schnell zeichnen und der "Library" hinzufügen.

>Du versuchst das Rad neu zu erfinden.
>Wenn man einem Slicer einen Quader vorwirft, wird er den 3D-Drucker ohne
>Weiteres dazu anleiten, eine dünne Hülle mit wabenartiger Füllung zu
>drucken.

Ich glaube das Ergebnis wird langsamer gedruckt werden als meine 
Elemente.

chris schrieb:
> So wäre es ideal, wenn das Drucken und das Designen am Bildschirm nicht
> so lange brauchen würden. Mir geht das alles zu lange und ist weit
> entfernt vom "Rapid-Prototyping".

von nix kommt nix.
ich hätte auch lieber, dass ich nur an etwas denken muss und es dann vor 
mir materialisiert…

chris schrieb:
> Schöne Bilder :-)
> Sind die Strukuren im Slicer eingebaut, oder hast Du sie designed?

Danke, den Fragen nach hast du selber nicht viel 3D-Druck Praxis. Also 
für Weihnachten den 3D Drucker auf den Wunschzettel und loslegen. In der 
Zwischenzeit mal mit CAD Software üben :-)

Zu den Bildern bzw. typischen Workflow (für FDM Druck):
1. Modell erstellen im CAD und Export in STL Datei
2. STL in Scheiben zerlegen und G-Code erzeugen
3. G-Code an Drucker übertragen

Für alle Schritte gibt es verschiedene Softwarelösungen. Für 1) benutze 
ich wie geschrieben Fusion360, kostet für Privat oder Gewerbe mit 
<100.000$ nur eine Registrierung. Elemente wie du sie wünscht kann man 
sicher auch gut mit OpenSCAD erstellen und über Parameter in der Größe 
ändern (das geht in anderen CAD Programmen meist auch).
2) mache ich mit RepetierHost, das liest die STL Datei und stellt das 
Objekt in 3D dar. Es kann dann z.B. verschoben, skaliert, gedreht, 
dupliziert oder repariert werden (wenn das STL nicht drucktauglich ist).
Der Slicer ist da als PlugIn drin und man kann zwischen verschiedenen 
wählen. Diese Slicer sind der Teil der immer noch massig 
weiterentwickelt wird, mein cura 2.5 ist nur wenige Monate alt aber 
schon wieder total überholt, die Beispiele habe ich aber mit slic3r 
gemacht.
Im slicer stellt man die Druckgeschwindigket(en) ein, die Art der 
Aussen/Innen/Stütz/Hilfsstrukturen ein, die Fülldichte (meist relativ in 
% zur Objektgröße) uvm. Es sind Unmengen an Einstellmöglichkeiten und 
hier muss man einfach Erfahrung sammeln weil jedes Druckobjekt wieder 
andere Tücken hat.
Den erzeugten G-Code benutzt Repetier (oder auch die anderen Slicer 
Oberflächen) um daraus wieder das Model darzustellen. Jetzt kann man 
aber die einzelnen Schichten analysieren und wenn man einzelne Schichten 
auswählt sieht man das Füllmüster wie in meinen Screenshots.

chris schrieb:
> So wäre es ideal, wenn das Drucken und das Designen am Bildschirm nicht
> so lange brauchen würden. Mir geht das alles zu lange und ist weit
> entfernt vom "Rapid-Prototyping".
> Ich habe ein wenig mit Legos gespielt und finde es deutlich intuitiver,
> Elemente in der Hand zu haben und frei zu kombinieren als mit einem
> CAD-Programm.

Beim CAD gilt üben, üben, üben. Bei Fusion kann man die Komponenten per 
Drag and Drop in das Modell ziehen und mit Hilfsfunktionen exakt an die 
richtige Posititon setzen.
Das Baukastenprinzip hätte mir vor der Beschäftigung mit dem 3D Drucker 
auch besser gefallen. Aber du brauchst ja viele Elemente auf Vorrat und 
für ein bestimmtes Modell vielleicht 5% davon und noch viel mehr 
Spezielle Teile werden fehlen, also druckst schon viel mehr was 
vielleicht nie gebraucht wird.
Dann die Bearbeitung von dem Zeug: fürchterlich. PLA, der Standard, ist 
billig, stabil und leicht, aber das Bearbeiten macht 0 Freude. Schon 
beim Bohren können Lagen reißen, man darf nur ganz langsam und 
vorschichtig bohren. Wird der Bohrer warm (und das geht bei ca. 45° los) 
wird das Zeug weich und klebt am Bohrer. Kühlt ab, klebt wie Teufel am 
Bohrer. Schleifen ist krümmelig und der Staub haftet überall. Man kann 
kleine Korrekturen mit Lötkolben oder heisser Klinge vornehmen, aber na 
ja. Kleine Teile kommen bei mir sofort in die Tonne, Maß korrigieren und 
neu drucken ist einfacher und schneller.

Eine gute Möglichkeit ist die Kombi Aluprofile + Verbinder drucken. So 
bauen ja auch viele ihren zweiten grösseren oder besseren Drucker. Aber 
auch bei Verbindern gibt es unzählige Varianten, die würde ich auch 
nicht auf Vorrat drucken. Der 3D Drucker zwingt vom Sammeln + Chaos in 
die geplante Entwicklung, eine gute Sache :-)

chris schrieb:
> Das Optimierungskriterium für
> die Element ist vor allem "Druckgeschwindigkeit" und damit wohl auch
> Materialverbrauch.

Nein, die Geschwindigkeit beeinflußt die Qualität und vor allem die 
Gesamtdruckdauer, aber nicht den Materialverbrauch. Der hängt nur an den 
Slicerparametern, hauptsächlich daran wieviel % Infill eingestellt wird.

Johannes S. (jojos)
>Gibt's da (auf thingisverse oder so) schon ein vglw. populäres Projekt?

Auf Thingverse kenne ich nur die Nachbauten von Legosteinen. Leider 
erfordern die eine relativ hohe Drucktoleranz und sie sind nicht auf 
Druckzeit optimiert.
Da sehe ich großes Potential, ein eigenes System zu entwickeln. 
Vielleicht findet aber jemand ein System auf Thingverse o.ä. was 
geeignet wäre.

>Da kauf ich dann lieber einfach Lego.Im vergleich zur Planung und Konstruktion 
fallwn die >Druckzeiten auch nicht mehr besonders stark ins Gewicht.

Unter Rapit Prototying Gesichtspunkten ist das bei Weitem zu langsam.

Hier ein Rapid-Prototyping System für kleine Roboter:
https://www.thingiverse.com/thing:1397036

Hier ist das GitHub-Repo dazu:
https://github.com/e-Mole/m-Bitbeam_Parts_for_3Dprint

Ich fände OpenScad Entwürfe besser. Da könnte man die Einzelelemente 
leicht skalieren.

>Es gibt noch DLP und SLA. Diese kommen so langsam in den bezahlbaren
>Bereich rein (<500€).

Ja, mit anderen Druckverfahren hat man viel mehr Freiheitsgrade. Aber 
ich glaube das Harz für die Belichtungsdrucker ist ziemlich teuer.

Ich denke, wenn man speziell auf die Möglichkeiten der 
"Würstchendrucker" eingeht, kann man da einiges optimieren.

Alex G. schrieb:
> Damit sind wir aber wieder aus dem Hobbybereich raus - oder hast du
> einen Sinter-Ofen? Gut, man könnte vieleicht wo einschicken.

Jupp. Ich habe auf der Formnext bei einem Hersteller von Druckern für 
hoch Edelstahl gefüllten Filamente mal gefragt. Das Filament kostet 
200€/kg, das Sintern beim Dienstleister kostet ähnlich pro kg. Das ist 
traurigerweise deutlich günstiger als SLM... Dafür ist die Auflösung 
viel schlechter, die Genauigkeit auch. Die nötige Ofenausstattung zum 
selber Sintern kostet >50.000€.

Eigentlich geht es mir in diesem Thread eher um die praktische 
Realisierbarkeit auf dem heimischen Drucker.
Deshalb hier mal ein Versuch mit der Wandwurststärke 1.
Der Balken wird in 8 Minuten auf meinem langsamen Prusa I3 gedruckt und 
ist erstaunlich torsionsstabil.
Ich vermute, dass man auf einem Delta-Drucker deutlich schneller wäre.

1

wuerstchendicke_mm      =   0.4;

2

3

wanddicke_in_wuerstchen =   1;

4

5

hoehe_mm                =   6;

6

durchmesser_mm          =   10;

7

8

lochzahl                    =   6;

9

10

wanddicke_mm = wanddicke_in_wuerstchen * wuerstchendicke_mm;

11

12

$fn=60;

13

14

for(n=[0:lochzahl-1])

15

    translate([n*(durchmesser_mm-wanddicke_mm),0,0])

16

        quadraturDesKreises( durchmesser_mm, wanddicke_mm, hoehe_mm );

17

18

19

module quadraturDesKreises( durchmesser, wanddicke, hoehe )

20

{

21

    // quadratrahmen

22

    difference()

23

    {

24

        cube([durchmesser,durchmesser,hoehe]);

25

        translate([wanddicke,wanddicke,-1])

26

            cube([durchmesser-wanddicke*2,durchmesser-wanddicke*2,hoehe+2]);

27

    }

28

    // kreisring

29

    translate([durchmesser/2+wanddicke*0,durchmesser/2+wanddicke*0,0])

30

        difference()

31

        {

32

            cylinder(hoehe,durchmesser/2-wanddicke*0.5,durchmesser/2-wanddicke*0.5,1);

33

            cylinder(hoehe+2,durchmesser/2-wanddicke*1.5,durchmesser/2-wanddicke*1.5);

34

35

        }

36

}

In diesem Video werden hexagonale Strukturen verwendet:
https://hackaday.com/2017/12/11/a-remote-controlled-air-plane/#more-285144