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Druckdauer 3D Druck: Wie kann die Druckzeit optimiert werden?

Es gibt verschiedene Faktoren, welche die Druckdauer eines 3D Drucks bestimmen. Mit einigen sehr einfachen Maßnahmen kannst du die Druckzeiten für deinen Druckjob optimieren.

Wie kann ich die Druckdauer eines 3D Drucks optimieren? Du kannst die Druckdauer in drei verschiedenen Bereichen optimieren.

  1. Design – Halte dich an gängige 3D Druck Design Richtlinien.
  2. Slicer Einstellungen – Verwende die zum Druckjob passenden Einstellungen. Ein Prototyp darf auch wie einer aussehen.
  3. Hardware – Überlege ob du den Druckjob mit einem größeren Düsendurchmesser drucken kannst.

Im weiteren Verlauf dieses Posts gehe ich auf die Details zu den einzelnen Punkten ein und beschreibe durch welche konkreten Maßnahmen du die Druckzeit optimieren kannst.

Wie kann ich die Druckzeit optimieren?

Wie in der einleitenden Antwort erwähnt, gibt es im Wesentlichen drei große Bereiche, in welchen die Druckdauer eines FDM 3D Drucks optimiert werden kann. Beim Design, bei den Slicer Einstellungen und bei der Hardware.

Durch folgenden Maßnahmen kann die Druckdauer eines FDM Druckjobs optimiert werden:

Design

  • Vermeide harte Kanten
  • Vermeide flache Überhänge unter 45°
  • Vermeide Stützstrukturen bzw. reduziere Stützstrukturen auf das absolute Minimum
  • Vermeide unnötige Flächen/unnötiges Material

Slicer Einstellungen

  • Überlege, ob das Druckobjekt auch mit einer größere Schichthöhe gedruckt werden kann
  • Vermeide einen unnötig hohen prozentuellen Füllgrad deines Objekts
  • Verwende ein geeignetes Druckprofil. Ein Prototyp darf auch wie ein Prototyp aussehen.
  • Überlege, ob du bei den untersten und obersten Schichten eine Schicht weniger drucken kannst (so viel wie nötig und so wenig wie möglich).

Hardware

Überlege, ob du das Druckobjekt auch mit einem größeren Düsendurchmesser drucken kannst

Um den Artikel übersichtlich und strukturiert zu halten, werden die einzelnen Punkte detaillierter in den nachfolgenden separaten Abschnitten beschrieben.

Durch welche Design Maßnahmen kann die Druckzeit optimiert werden?

Das Design ist eine jener Phasen, die in Bezug auf die Optimierung der Druckdauer sehr häufig unterschätzt werden. Es sind oft nur kleine Optimierungen, die auf die Druckzeit jedoch immense Auswirkung haben können.

Vermeiden von harten Kanten

Versuche Rundungen anstelle von harten Kanten an den Außenwänden deiner Objekte.

Für den Drucker macht das einen Unterschied. Wenn der Druckkopf um eine Kurve gesteuert werden muss, kann dies weitestgehend ohne Geschwindigkeitsverlust passieren. Muss der Druckkopf jedoch vor jeder Kante von der maximalen Geschwindigkeit auf 0 abbremsen und dann von 0 in eine andere Richtung beschleunigen, verlierst du bei größeren Druckobjekten viel Zeit.

Vermeiden von Überhängen mit einem größeren Winkel als 45°

Überhänge mit einem Winkel größer als 45° müssen beim 3D Druck gestützt werden. Versuche daher beim Entwerfen deines Modells flachere Winkel von vorne herein zu vermeiden.

Vermeiden bzw. reduzieren von Stützstrukturen auf ein Minimum

Da der Druck von Stützmaterial sowohl die Druckzeit und die Druckkosten in die Höhe treibt, als auch im schlechtesten Fall zu unsauberen Oberflächen über dem Stützmaterial führen kann, sollten Überhänge und zu stützende Brücken wo immer möglich vermieden bzw. auf das notwendigste Minimum reduziert werden.

Vermeiden von nicht nötigen Flächen

Da der Druck von Stützmaterial sowohl die Druckzeit und die Druckkosten in die Höhe treibt, als auch im schlechtesten Fall zu unsauberen Oberflächen über dem Stützmaterial führen kann, sollten Überhänge und zu stützende Brücken wo immer möglich vermieden bzw. auf das notwendigste Minimum reduziert werden.

Vermeiden von nicht benötigten Flächen

Ein wichtiger Merksatz beim 3D Druck besagt: „Jedes nicht benötigte Voxel kostet Zeit, Material und Geld“. Gemeint ist damit, überlege welche Flächen bzw. Teile eines Objekts nicht zwingend benötigt werden und lasse diese weg. Wenn also auf einzelne Teile der Fläche deines Objekts verzichten werden kann, ohne dabei die Funktion, die Stabilität oder die Optik des Modells zu beeinflussen, dann sollten diese Flächen entfernt werden.

Die oben dargestellte vorgenommene Änderung am Zahnrad ist keine vorgeschlagene Designoptimierung. Sie dient lediglich dem besseren Verständnis des in diesem Abschnitt vermittelten Inhalts.

Durch welche Slicer Einstellungen kann die Druckzeit optimiert werden?

Wenn das 3D Modell für den 3D Druck optimiert wurde, kann die Druckzeit durch das Ändern verschiedener Slicer Einstellungen weiter verkürzt werden. Die in den folgenden Abschnitten näher beschriebenen Optimierungen hängen immer auch vom geplanten Einsatzzweck des gedruckten Objekts ab.

Druck mit höherer Schichthöhe

Mit der eingestellten Schichthöhe wird aus dem 3D Modell ein Schichtmodell mit der definierten Schichthöhe erstellt. Bei einer Schichthöhe von 0,1 mm wird ein Kalibrierungswürfel mit 20x20x20 mm in 199 Schichten aufgeteilt. Erstellst du das Schichtmodell mit 0,2 mm, halbiert sich die Anzahl der Schichten. Die Druckzeit wird zwar nicht ganz halbiert, aber doch signifikant verringert.

Prüfe daher, ob der Druckjob auch mit einer höheren Schichthöhe gedruckt werden kann. Wenn es sich beim Ausdruck um einen Prototypen handelt, dann darf dieser auch gerne wie ein Prototyp aussehen.

Vermeiden von unnötig hohem prozentuellen Füllgrad des Objekts

Je nachdem, wie stabil das fertige Objekte letztendlich sein muss, muss auch der Füllgrad in deinem Slicer eingestellt werden. Je höher der Füllgrad, desto länger ist aber auch die Druckdauer deines Ausdrucks. Verwende daher so viel Füllung wie nötig, aber auch so wenig wie möglich. Es wird vor allem von Einsteigern im 3D Druck oft unterschätzt wie viel Stabilität mit einem Füllgrad von 20-30% erreicht werden kann.

Verwenden eines für den Druckjob passenden Druckprofils

Viele Druckerhersteller bieten für ihre Drucker passende Profile für den eigenen Slicer an. Manche sogar für verschiedene andere Slicer. Oftmals gibt es dabei verschiedene Profile wie z.B. ULTRADETAIL, QUALITY und SPEED. Je nach Profil wird in unterschiedlichem Ausmaß auf Qualität oder Geschwindigkeit geachtet.

Wenn es der Ausdruck zulässt, z.B. wenn du einen Prototypen druckst, dann wähle das SPEED Profile. Wie auch schon oben erwähnt, ein Prototyp darf auch wie ein Prototyp aussehen.

Erhöhen der Druckgeschwindigkeit

Wenn dein Druckerhersteller keine passenden Profile einen Slicer zur Verfügung stellt, dann kannst du natürlich versuchen die Druckgeschwindigkeit manuell zu verändern. Natürlich kannst du das auch tun, wenn dein Hersteller Slicer Profile bereit stellt. Es ist dann nur meist einfach nicht notwendig.

Bedenke jedoch, dass mit dem Verändern der Druckgeschwindigkeit auch andere Einstellungen nachgezogen werden müssen. Andernfalls kann das u.a. sehr schnell zu eine Unterextrusion führen.

Um nach dem Erhöhen der Druckgeschwindigkeit einen einheitlichen Materialfluss sicher zu stellen, ist es sehr wahrscheinlich, dass du auch die Drucktemperatur um ein paar Grad nach oben korrigieren musst. Versuche dabei jedoch innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs des Filaments zu bleiben.

Durch die höhere Drucktemperatur kann es wiederum zu Stringing und Oozing kommen. Das heißt, dass hier die Einstellungen für die Filamentkühlung und den Retract angepasst werden müssen.

Verringern der Anzahl der obersten und untersten Schichten

Die obersten und untersten Layer eines 3D Drucks werden üblicherweise voll gedruckt. Dabei handelt es sich meisten um 4 – 6 Schichten. Ausgenommen hiervon sind natürlich offene Objekte wie z.B. Vasen.

Vor allem bei großen Objekten kann eine voll gedruckte Fläche jedoch ziemlich zeitintensiv sein. Wenn die Möglichkeit besteht, ist es durchaus ratsam, die vollen Schichten um eine Schicht zu reduzieren. Versichere dich jedoch vor dem Druck, dass die oberste und unterste Schicht dadurch nicht dünner als 0,5 mm werden. Das ist das absolute Minimum, welches du für die vollen Schichten nicht unterschreiten solltest. Zu wenige volle Schichten können zu Lücken und Löchern in der obersten Schicht deines Druckobjekts führen.

Durch welche Hardware Maßnahmen kann die Druckzeit optimiert werden?

Auf Seite der Hardware gibt es nicht mehr viele Möglichkeiten zu optimieren. Was bis hierher nicht im Design oder im Slicer optimiert wurde, kann auch hier nicht mehr wett gemacht werden.

Eine Möglichkeit zur Optimierung gibt es jedoch noch. Diese ist jedoch nicht möglich, wenn sie nicht auch im Slicer entsprechend berücksichtig wurde.

Druck mit größerem Düsendurchmesser durchführen

Wenn es das Druckobjekt zulässt, kann durch einen größeren Düsendurchmesser viel Zeit eingespart werden. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass das 3D Modell keine allzu feinen Details beinhaltet, da diese sonst eventuell nicht gedruckt werden.

Je größer der Düsendurchmesser, desto mehr Material kann mit einem Mal gedruckt werden. Das heißt wiederum, dass ein Layer mit weniger Druckkopfbewegungen gedruckt werden kann. Die Einsparung der Druckzeit lässt sich anhand des weiter oben in diesem Artikel schon einmal erwähnten Würfels mit 20x20x20 mm besser darzustellen.

DüsendruchmesserSchichthöheFüllgradDruckdauer
0,4 mm0,2 mm20 %36 Minuten
0,6 mm0,2 mm20 %32 Minuten

Die Einsparung von 4 Minuten scheint erstmal nicht so groß. Wenn man sich nun jedoch vor Augen führt, dass es sich dabei lediglich um einen 20x20x20 mm großen Würfel handelt, lässt sich jedoch bereits erahnen in wohin die bei größeren Düsendurchmessern Einsparung führen kann. Vergrößert man den Würfel auf 50x50x50 mm, dann dauert die Druckzeit mit der 0,4 mm Düse 3h40, mit der 0,6 mm Düse aber nur 2h17.

Beeinflusst die Optimierung der Druckdauer die Qualität eines 3D Drucks?

In vielen Fällen leidet bei der Optimierung der Druckdauer die Qualität des Ausdrucks. Die Druckerhersteller versuchen natürlich auch für schnelle Probedrucke die bestmöglich Qualität mit den bereitgestellten Slicer Profilen zu erzielen, bei einem schnelleren Druck leider trotzdem oft die Qualität des Ausdrucks.

Wenn das fertige Objekt in bestmöglicher Qualität gedruckt werden soll, solltest du schon gut überlegen, ob und wenn ja wo du Optimierungen vornimmst. Kann mit weniger Füllmaterial und einer größeren Düse gedruckt werden, dann solltest du das auf jeden Fall versuchen.

Bei der Schichthöhe und der Anzahl der obersten bzw. untersten Schichten solltest du schon vorsichtiger werden. Dies kann sich auf die optische Beschaffenheit des Druckobjekts auswirken.

Die Finger weg lassen würde ich beim finalen Ausdruck von der Druckgeschwindigkeit bzw. schlechteren Druckprofilen. Wenn du hohe Qualität bei deinen Ausdrucken erzielen möchtest, empfiehlt sich langsamer zu drucken.

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