Petra Rapp
Fabian Hotz

Perfekte 3D-Drucke mit Simplify3D

Dateiname	Download
Programmstart.factory	https://plus.hanser-fachbuch.de/
Facettenmodelle.factory
Motorhalter_fehler.stl
Modellhandling.factory
Prozesse.factory
image-3d.factory
stuetzen-beispiel.factory
Tiefziehform.factory
elektronikgehaeuse.factory
elektronikgehaeuse_2.factory
Rad-Multimaterialdruck.factory
Kalibrierung_gesamt.factory
Filigraner-Schriftzug Tutorial	www.3d-druck-knowhow.de (Übungsdateien und Tutorial)
Metalldruck Präsentation	www.3d-druck-knowhow.de (Präsentation)
Stützmaterial dichte Schichten Tutorial	www.3d-druck-knowhow.de (Übungsdateien und Tutorial)
Schwingungen und Beschleunigung Tutorial	www.3d-druck-knowhow.de (Tutorial)
Kalibrierung der ersten Schicht	www. 3d-druck-knowhow.de (Tutorial)

Dipl.-Ing. (BA) Petra Rapp

Maschinenbau-Ingenieurin und Geschäftsführerin des 3D-Drucker-Herstellers Multec GmbH

Frau Rapp arbeitete über 30 Jahre in der Entwicklung, Forschung und Konstruktion in verschiedenen Bereichen der Luftfahrt (Zeppelin Luftschifftechnik GmbH), im Motorenbau (MTU), im Sondermaschinenbau in verschiedenen Unternehmen und in der Papieraufbereitung (Voith GmbH). Im Jahr 2011 gründete sie zusammen mit ihrem Mann die Firma Multec mit der Zielsetzung industrielle additive Fertigungsanlagen der FFF-Technologie mit hochentwickelten 3D-Druckköpfen herzustellen und die Industrie in allen Bereichen dieses neuen Fertigungsverfahrens zu unterstützen. Unter anderem entwickelte sie mehrere Patente für Multi-Material-Druckköpfe mit einem einzigartigen Düsenverschluss-System. Diese Lösung ermöglicht das Drucken mit einem Düsen-Wechselsystem, das sowohl die Breite der Anwendung in Richtung Multi-Material-Werkstücke deutlich erweitert, als auch eine deutliche Reduktion der Fertigungsdauer durch Düsenkombinationen mit größerem Volumenstrom bei gleichzeitig guter Oberfläche erlaubt.

In Zusammenarbeit mit Hochschulen, Instituten und Partnern der Industrie ist sie an der Forschung und Weiterentwicklung in verschiedenen Bereichen wie Materialien, Technologie-Optimierung und Hybridisierung von Technologien beteiligt.

Im Unternehmen Multec leitet Frau Rapp sowohl die Entwicklung und die Anwendungsberatung als auch das Schulungs- und Support-Engineering-Team für die CAM-Software Simplify3D. Sie hat langjährige Erfahrung im Bereich der Optimierung der Technologie in den Bereichen fertigungs- und festigkeitsgerechte Konstruktion, Einsatz von Kunststoffen für verschiedene Anwendungsbereiche und dem wirtschaftlichen industriellen Einsatz der Technologie durch bestmögliche Nutzung der CAM-Software.

Fabian Hotz

ist seit 2014 bei der Firma Multec und in der FFF-Technologie tätig. Zu seinen Aufgaben zählen dort unter anderem die Weiterentwicklung der FFF-Technologie, Schulung und Beratung der Kunden zur FFF-Technologie und deren Einsatz für Ihre Anwendungsfälle, so wie die Produktion von komplexen Auftragsdrucken für die Industrie.

Der langjährige Einsatz von Simplify3D und die Vielzahl der durchgeführten Schulungen und Beratungen zu Simplify3D erlaubten Herrn Hotz ein tiefes Wissen und Verständnis für die Funktionsweise und den Einsatz von Simplify3D. Dieses Wissen möchte er in diesem Buch an die Leser weitergeben.

Die 3D-Drucktechnologie des FFF-Verfahrens (Fused Filament Fabrication) – also des schichtweisen Auftragens von aufgeschmolzenen Kunststoff-Filamenten (Drähte) – wurde von der Firma Stratasys 1989 unter dem Namen FDM (Fused Deposition Modeling) patentiert. Das Patent hierzu lief 2009 aus. Seither entwickelt sich diese Technologie in einem immer breiteren Markt und kommt neben den Privatanwendungen im Hobbybereich zunehmend als Produktionstechnologie in der Industrie zum Einsatz. Die zusätzliche Breite der technischen Anwendungsfälle steigert die Wichtigkeit einer guten Kenntnis der Technologie und der eingesetzten Software für die Herstellung guter, fester und wirtschaftlich optimierter Bauteile.

Neben der großen Gestaltungsfreiheit möglicher Bauteilgeometrien bietet speziell diese Drucktechnologie eine sehr große Bandbreite an Einstellmöglichkeiten für optimierte Druckergebnisse. Der größte Anteil der Einflussgrößen wird in der CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) definiert. Die Anzahl der Einflussgrößen bestimmt die Möglichkeiten des Feintunings.

Die CAM-Software für FFF ist für die Druckdateierzeugung verantwortlich. Dafür wird ein vorliegendes 3D-Modell in dünne Schichten geschnitten. Aufgrund dieses Schneidens (engl. „to slice“) wird die CAM-Software meist als „Slicer“ bezeichnet. Die verfügbaren CAM-Programme haben sich seit dem Ende des Patents von Stratasys aus anfänglichen Open-Source-Programmen stetig weiterentwickelt. So stand am Anfang zum Beispiel mit Skeinforge eine leistungsfähige CAM-Software zur Verfügung, die sich mit einer breiten Palette an Einstellmöglichkeiten auszeichnete, jedoch in Bedienung und grafischer Oberfläche sehr rudimentär und schwierig waren. Die unübersichtliche Vielzahl einstellbarer Parameter hatten zur Folge, dass sich eine Zeit lang vorwiegend Programme entwickelten, die auf Basis weniger Einstellmöglichkeiten den Prozess der Druckdateierzeugung vereinfachen wollten. Dieser scheinbar gute Gedanke nahm der Technologie jedoch sehr viel an Potenzial durch diese Reduktion auf weniger Parameter. Diese Erfahrung führte wieder zur Rückkehr zu mehr Einstellmöglichkeiten, sodass über die Jahre zu beobachten war, dass Schritt für Schritt wieder deutlich mehr Parameter und Funktionen integriert wurden.

Heute teilen die meisten Programme die große Menge der Parameter auf in

       die Basiseinstellungen, die nur die wichtigsten Einstellungen wie z. B. Schichthöhen, Füllgrad und Stützstruktur-Aktivierung bestimmen,

       und den Bereich der fortgeschrittenen Einstellungen, die dafür sorgen, dass möglichst viel Potenzial der Technologie genutzt werden kann.

Die Gerätehersteller sorgen mit guten Voreinstellungen und standardisierten Druckprofilen zwar meist für eine gute allgemeine Einstellung. Beim Arbeiten mit vielen verschiedenen Geometrien, Kunststoffmaterialien und Zielsetzungen des Bauteils zeigt sich jedoch schnell, wie hilfreich die gute Kenntnis der Parameter und deren gegenseitige Beeinflussung für den optimierten Einsatz des Verfahrens ist.

Auf dem Markt sind verschiedene Slicer-Programme erhältlich. Einige wurden von den Geräteherstellern direkt und teilweise nur für die eigenen Geräte entwickelt, andere sind als Open Source und Freeware erhältlich. Die Software Simplify3D des gleichnamigen Herstellers aus den USA hat sich unter anderem wegen seines sehr großen Potenzials als eines der führenden Programme auf dem Markt etabliert.

Simplify3D ist für die meisten gängigen 3D-Druckermodelle einsetzbar. Es besitzt vom Modellimport, der Modellbearbeitung über die sehr guten Prozesseinstellungen, einem sehr guten Tool für die Stützmaterialerstellung bis hin zur Gerätebediensoftware einen sehr großen Funktionsumfang. Es hat eine sehr gute grafische Oberfläche, mehrere hilfreiche Assistenten und sehr tiefgehende Eingriffsmöglichkeiten auch für mehrere Prozesse, Multimaterialbauteile und den Druck mehrerer Modelle in einem Druckvorgang.

In diesem Buch wird speziell auf die CAM-Software Simplify3D eingegangen.

Das Buch ist wie folgt aufgebaut:

       Zunächst wird in Kapitel 2 die Technologie mit ihren Merkmalen beschrieben. Es werden die Fachbegriffe erläutert und anschließend ganz kurz die Maschinen und die Kunststoffe vorgestellt.

       In Kapitel 3 befindet sich die Installation und der Überblick über die Programmoberfläche von Simplify3D.

       Kapitel 4 und Kapitel 5 enthalten die Modellfunktionen und -reparaturen des Programms.

       Die Erstellung und Bearbeitung der Druckprozesse und die Druckdateierzeugung erklärt Kapitel 6.

       Kapitel 7 behandelt die in Simplify3D enthaltenen Werkzeuge, Assistenten und Optionen.

       Kapitel 8 enthält die Erklärung aller verfügbaren Parameter in den Prozesseinstellungen. Es dient sowohl als Lern- als auch als Nachschlagebereich. Darin sind für die Parameter die Auswirkungen, die gegenseitige Beeinflussung und sinnvolle Einstellungen beschrieben.

       Kapitel 9 beschreibt die Anwendung in der Praxis. Es geht auf Bauteiloptimierungen ein und zeigt anhand konkreter Bauteile die Vorgehensweise und die Anpassung auf spezielle Geometrien auf. Erfahrungsgemäß wird dieser Punkt am meisten unterschätzt: Die Bauteilgeometrie übt den größten Einfluss auf die CAM-Einstellungen aus, und somit können mit fundierter Kenntnis der Parameter optimierte Bauteile erzeugt gedruckt werden.

Damit werden alle Aspekte der CAM-Software Simplify3D tiefgehend erklärt, und die Leserinnen und Leser können das Buch sowohl als Lern- und Fachbuch für den Einstieg in die Drucktechnologie nutzen als auch als Nachschlagewerk für einzelne Parametereinstellungen. Im Downloadbereich des Hanser Verlags unter https://plus.hanser-fachbuch.de/ befinden sich die Übungsdateien zu den verschiedenen Themen.

Um den Rahmen nicht zu sprengen, sind Inhalte wie konstruktive Auslegung und Optimierung für die Technologie, detaillierte Kunststoffeigenschaften, Kalibrierungen von Geräten und Kunststoffen, spezifische Maschinenskripte und -einstellungen nicht mit aufgeführt. Hierfür sind die Bücher vom Hanser Verlag empfehlenswert (www.hanser-fachbuch.de). Des Weiteren befinden sich im Internetportal www.3d-druck-knowhow.de weitere Anwendungsbeispiele, die Vertiefung von Konstruktionshinweisen, Kalibrieranleitungen und viele weitere Themen des 3D-Drucks.

Da die Software Simplify3D als Marktführer sehr weit verbreitet ist, liefern die meisten Hersteller von 3D-Druckern ihren Kunden gut justierte Standardprofile und geben Empfehlungen zu ihren Kunststoff-Filamenten weiter. Dies ist der beste Ausgangspunkt für die Arbeit mit Simplify3D.

Die Autoren arbeiten beim deutschen Maschinenhersteller Multec GmbH, der mit der Zielgruppe Industrie und Mittelstand sehr viel Erfahrung mit den breit gestreuten technischen Anwendungsfällen und Einsatzgebieten gesammelt hat. Sie führen Schulungen für Software und den Technologieeinsatz in der Industrie durch und sind in der Anwendungs- und Konstruktionsberatung für Kunden und der Druckdienstleistung in der eigenen Druckerfarm tätig.

Ein kleineres Problem an der deutschen Version von Simplify3D, die in diesem Buch beschrieben wird, ist die teilweise ungünstige (oder gänzlich fehlende) Übersetzung ins Deutsche. So wird im Programm in den Prozessen ein deutscher Begriff verwendet und in der Druckvorschau der englische Fachbegriff. Da sich einige Fachbegriffe der Technologie auch im deutschen Sprachraum mit den englischen Ursprungsbegriffen etabliert haben, werden diese gängigeren englischen Termini in diesem Buch weiter genutzt. Die Parameter in Kapitel 8 werden mit der deutschen Simplify3D-Bezeichnung benannt, die englischen Benennungen werden parallel dazu gesetzt. Zusätzlich befinden sich in Abschnitt 2.5 zwei Tabellen mit der Gegenüberstellung der englischen und deutschen Begriffe.

Wir wünschen Ihnen beim Lesen und Umsetzen des Gelernten viel Spaß und vor allem viel Erfolg beim Einsatz der spannenden 3D-Drucktechnologie.