Pillowing beim 3D-Druck: Ursachen & detaillierte Lösungen

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Oftmals wird geglaubt, dass es beim 3D-Druck lediglich um einen standardisierten Prozess geht. Dies ist jedoch falsch. 3D-Druck kannst du nicht erlernen, ohne dass du dich nicht ausgiebig mit dem Thema auseinandergesetzt hast. 

Diese Technologie bringt zudem aus verschiedenen Gründen diverse Einschränkungen und Probleme mit sich, somit ist es nicht immer möglich, einwandfreie Druckergebnisse zu erzielen. Dazu muss der Benutzer zunächst das Problem erkennen, verschiedene Gründe dafür untersuchen und letztendlich auch die richtige Lösung finden und anschließend geeignete Maßnahmen einleiten.

Dies gilt unter anderem dann, wenn es um das Problem des so genannten „Pillowing“ geht, welches oftmals auf gedruckten Modellen zu beobachten ist. Sowohl Anfänger als auch erfahrene Benutzer sehen sich oftmals mit dieser Problematik konfrontiert. 

Das liegt daran, dass das Pillowing erst dann erkennbar ist, wenn der Druck bereits mehr als zur Hälfte abgeschlossen wurde. Die Folge sind fehlerhafte Drucke sowie Verschwendung von Filamenten und nicht zuletzt der vergebliche Aufwand der Benutzer.

Pillowing entsteht bei der Auskühlung der obersten Schicht(en) des 3D-Drucks. Um dieses Problem abzustellen, kannst du folgende Dinge tun:

• Anbringen einer dickeren Deckschicht
• Erhöhen des Füllprozentsatzes
• Verringerung der Druckgeschwindigkeit
• Anpassen der Kühlung im 3D-Drucker
• Erhöhen des Abstandes zwischen Druckkopf und Bauplatte

Im folgenden Artikel gehen wir auf all diese Sachen genau ein. Als erstes erfährst du, was genau „Pillowing“ ist und woran du es erkennst. Danach erhältst du wertvolle Tipps, wie du dieses unangenehme Phänomen in Zukunft bei deinen 3D-Drucken vermeiden kannst.

Was Genau ist 3D-Pillowing?

Das Pillowing hängt mit Problemen der obersten Schicht deines 3D-Druckes zusammen. Kommt es zu einem 3D-Pillowing, so wird die Oberseite des Druckmodells durch ungleichmäßige Unebenheiten beeinträchtigt. Weiterhin kann es zu einer rauen Oberfläche oder sogar zum Auftreten kleiner Löcher in der Deckschicht führen. 

Das Pillowing gehört mit zu den am häufigsten auftretenden Probleme in der 3D-Druck-Community und tritt unabhängig vom verwendeten Modell oder dem eingesetzten Filament auf. Jedoch zeigen sich einige Materialien anfälliger für das Pillowing als andere.

Unansehnliche 3D-Drucke gilt es natürlich nach Möglichkeit zu vermeiden. Das Pillowing ist besonders frustrierend, da es erst am Ende der Drucke auftritt und somit nur schwierig noch korrigiert werden kann. Es ist also essentiell wichtig, dass du bereits vor jedem Druck nützliche Vorsichtsmaßnahmen triffst. Ansonsten besteht die Möglichkeit, dass du regelmäßig mit fehlerhaften Drucken rechnen musst, deren Oberfläche das Pillowing zeigt.

Gründe für das 3D-Pillowing

Wenn dir der Begriff „Warping“ bereits etwas sagt, wirst du wissen, wodurch dies verursacht wird. Das Pillowing ist dem Verziehen des Materials sehr ähnlich, auch die Ursache unterscheidet sich nicht sonderlich. 

Der einzige Unterschied besteht jedoch darin, dass das Pillowing auf der oberen Ebene auftritt, während sich das Warping auf der unteren Ebene abspielt. Wie auch beim Warping liegt das Problem beim Pillowing in der unsachgemäßen Abkühlung der Deckschichten. Funktioniert die Kühlung nicht richtig, so beginnen die Schichten sich um die Füllstruktur zu verziehen, was wiederum ein kissenförmiges Muster zur Folge hat. 

Anders ausgedrückt wird das Kissen durch das Verziehen der obersten Schicht verursacht. Die darunter liegende Füllstruktur bestimmt im Endeffekt das auftretende Kissenmuster.

Wie zuvor erwähnt, lässt sich das Pillowing bei jeder Art von Filament beobachten, wobei sich einige Materialien anfälliger zeigen als andere. 

Der Grund dafür, dass sich dünnere Schichten leicht umwickeln lassen, ist, dass 3D-Drucker mit einem Filament von 1,75 Millimetern Dicke eher vom Pillowing betroffen sind als Filament mit einer Stärke von 2,85 Millimetern. Zudem sind flexible Filamente ebenfalls häufiger vom Pillowing betroffen.

Filamente, die für das 3D-Pillowing anfälliger sind

Es stimmt, dass jedes Filament, welches du für den 3D-Druck einsetzen kannst, das Phänomen des Pillowings zeigen kann. Jedoch ist auch der Schweregrad je nach individueller Verwendung des Filaments während des Druckvorganges unterschiedlich. 

Druckst du mit einem Material, welches anfälliger für das Pillowing ist, so solltest du die erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen treffen, damit es gar nicht erst dazu kommt.

Filamente mit hohem Schmelzpunkt

Die verschiedenen Filamente verfügen auch über unterschiedliche Schmelzpunkte. Beim 3D-Druck ist es wichtig, dass zunächst die Extrudertemperatur diese spezielle Temperatur erreicht, damit das geschmolzene Filament ohne Probleme auf das Druckbett extrudiert werden kann. 

Filamente mit einer höheren Drucktemperatur, wie zum Beispiel ABS*, kühlen zudem auch nicht leicht ab und benötigen in ihrer finalen Form länger, um vollständig abkühlen zu können und steif zu werden.

Grundsätzlich muss sich jedes Filament einem plötzlichen Temperaturunterschied stellen, wenn es das heiße Ende verlässt und kann an diesem Punkt sehr anfällig für eventuelle Verwerfungen werden. Daher sind Filamente mit einer hohen Drucktemperatur anfälliger für das Pillowing als diejenigen Materialien, welche zum Schmelzen eine deutlich niedrigere Temperatur benötigen.

Arbeitest du mit einem solchen Hochtemperaturfilament, so solltest du die Temperatur des heißen Endes senken, sobald der Druck die oberste Schicht vervollständigt. Zusätzlich solltest du einen Lüfter installieren und diesen mit maximaler Leistung arbeiten lassen, um die Temperatur weiter zu senken. 

Dadurch kannst du gewährleisten, dass die oberste Schicht frühestens nach dem Aufbringen auf der vorherigen Schicht abkühlt und somit nicht in der Lage ist, in die zur Verfügung stehenden Zwischenräume zu gelangen.

Weiche Filamente

Auch weiche Filamente können das Problem des Pillowing verstärken. Auch diese zeigen sich sehr anfällig und es kann zu Komplikationen mit der obersten Schicht der 3D-Drucke kommen. 

Diese können wiederum schnell den gesamten Druck zerstören, indem sie sich zu einem sogenannten Kissen verformen. Jedoch stehen dir auch hier verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, um dagegen anzugehen. Eine mögliche Lösung ist zum Beispiel die Verwendung einer höheren Füllrate.

Lösungen für das 3D-Pillowing

Was alle Lösungen zum Reduzieren oder Beseitigen vom Pillowing gemeinsam haben, ist, dass die obere Schicht durch Verstärkung gerettet werden soll. Hierfür stehen dir unterschiedliche Optionen zur Verfügung:

Anbringen einer dickeren Deckschicht

Der naheliegendste Weg, um die oberste Schicht zu verstärken, ist eine dickere Deckschicht, welche die Oberfläche robust und stark machen soll. Da dies auch beim Warping funktioniert, sollte es ebenfalls beim Pillowing helfen können und ist zudem die einfachste Lösung für das Problem.

Um ein eventuelles Verziehen zu verhindern, stellst du die untere Schicht einfach auf einen dickeren Wert ein. Dadurch sorgst du für eine größere mechanische Beständigkeit für die thermische Belastung, welche durch die Filamentkühlung entsteht. Auf diese Weise kannst du auch gegen das Pillowing vorgehen. In diesem Fall erhöhst du die Dicke der oberen Schicht, um diese dabei zu unterstützen, ihre Verformung aufrechtzuerhalten, welche sich aus der Abkühlung des Materials ergibt.

Aber wie dick sollte die oberste Schicht sein, damit dem Pillowing effektiv vorgebeugt wird? Um die optimale Ebenenhöhe zu ermitteln, kannst du deiner simplen Formel folgen:

Die Schichtstärke der obersten Schicht sollte in etwa fünf- bis sechsmal dicker sein als die Schichtstärke der übrigen Schichten. Solltest du deine Standardschichthöhe besonders dünn eingestellt haben, so ist es möglich, dass es auf diese Weise jedoch nicht funktioniert. 

Möglicherweise musst du dann auch die Höhe der obersten Ebene um mehr als das Sechsfache erhöhen. Mit deinem Slicer hast du die Möglichkeit, die Einstellungen der obersten Ebene unkompliziert anzupassen. Probiere verschiedene Einstellungen aus und finde so heraus, was für dein Druckobjekt am besten funktioniert.

Erhöhen des Füllprozentsatzes

Wie bereits erwähnt, ist besonders mit dem Pillowing zu rechnen, wenn das Gewicht der deckenden Schicht sich als für sich selbst nicht tragbar herausstellt und auf diese Weise Material in die Zwischenräume der einzelnen Schichten gelangt. 

Dann findet das Filament einen Weg durch die kleinen Lücken, welche sich zwischen der Füllstruktur befinden, was das Pillowing in diesem Fall begünstigt. 

Eine Füllung von 12 Prozent reicht bereits aus, damit du deine Druckmodelle ohne Probleme anfertigen kannst. Kommt es jedoch regelmäßig zum Pillowing, so solltest du diesen Füllungsprozentsatz auf 25 Prozent erhöhen, um dem vorzubeugen.

Auch wenn dies eine einfache Lösung darstellt, so wird diese Maßnahme von den Anwendern meistens als letzte Option zur Behebung von auftretenden Kissen genutzt. Die entsprechenden Einstellungen lassen sich in der Slicer-Software einfach anpassen, jedoch bringt dies auch Konsequenzen mit sich. 

Die für den Druck erforderliche Filamentmenge nimmt ebenso zu wie die erforderliche Druckzeit. Solltest du daher großen Wert auf eine hohe Druckgeschwindigkeit sowie eine Kosteneinsparung durch die Verwendung von so wenig Filament wie möglich legen, ist diese Lösung für dich unter Umständen nicht besonders interessant.

Verringerung der Druckgeschwindigkeit

Stellst du ein Auftreten von Kissen fest, welche wiederum Löcher zur Folge haben, so entstehen diese, indem die obere Schicht unter ihrem eigenen Gewicht einknickt. Jedoch können diese Löcher vollständig entfernt werden. 

Dazu ist es nötig, dass du die Drucktemperatur nur für die oberste Schicht herabsetzt. Dadurch kann die Schicht schnell aushärten und gleichzeitig steif und stark werden. Zudem wirkt sich die niedrigere Temperatur in keinster Weise auf die Schichthaftung aus, da es sich um die letzte Schicht des Druckmodells handelt.

Beachte jedoch, dass du die Druckgeschwindigkeit an die Änderungen in der Drucktemperatur anpassen musst. Stelle daher sicher, dass der Druck ohne Probleme abgeschlossen wird und nicht etwa eine Unterextrusion stattfinden kann. Wenn du dies nicht berücksichtigst, so kann es zu Blockierungen innerhalb der Düse kommen bevor der Druckvorgang komplett beendet ist.

Anpassen der Kühlung im 3D-Drucker

Diese Maßnahme kann alternativ oder auch zusätzlich zum Herabsenken der Drucktemperatur bei der oberen Schicht verwendet werden. Erhöhst du die Kühlung deines 3D-Druckers, so kann die oberste Schicht so schnell wie möglich abkühlen und aushärten. Dafür stellst du die Kühlung deines Lüfters auf die maximale Einstellung ein.

Bist du jedoch der Meinung, dass die Druckerkühlung allein nicht ausreicht, um gegen das Pillowing vorzugehen, so kannst du auch einen Desktop-Lüfter verwenden, um somit die oberste Schicht zusätzlich zu kühlen.

Erhöhen des Abstandes zwischen Druckkopf und Bauplatte

Erhöhst du den Abstand zwischen den Druckkopf und der Bauplatte, führt dies dazu, dass die oberste Schicht so schnell wie möglich abkühlt und das Pillowing verhindert werden kann. 

Der Grund dafür ist, dass die Düsentemperatur sehr hoch ist und dadurch auch die Umgebungstemperatur entsprechend erhöht wird. Entfernst du den Druckkopf jedoch etwas von der Bauplattform, so bleibt die Umgebungstemperatur unberührt.

Für diese Maßnahme solltest du bereits etwas erfahrener im Umgang mit einem 3D-Drucker sein, da bei einer unsachgemäßen Ausführung auch Probleme wie beispielsweise eine schlechte Schichthaftung auftreten können.

Verwandte Fragen

Was ist Warping und warum kommt es dazu?

Kommt es dazu, dass sich ein Teil des Druckobjektes nach oben hin krümmt, so entsteht dabei ein verzerrter 3D-Druck. Dieses Problem tritt besonders dann auf, wenn die Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Schichten aus extrudiertem Kunststoff zu groß sind. 

Dadurch werden Spannungen innerhalb des Modells erzeugt. Werden diese zu stark, beginnen sich die unteren Schichten zu verziehen oder anzuheben, wodurch eine Verzerrung entsteht. Während des Erhitzens dehnen sich die verwendeten Thermoplasten nicht nur flüssig aus, sondern vergrößern sich auch komplett in ihrer Gestalt. 

Kühlt das flüssige Filament wieder ab, so wird daraus ein Feststoff und das gesamte Gebilde schrumpft. Durch diese Transformation wird eine Bewegung in extrudierten Kunststoffen erzeugt, welche als Ursache für den 3D-Druckverzug gilt. 

Kältere Schichten ziehen an den nach wie vor heißeren Schichten. Tritt dies auf, während sich die heißeren Schichten unter den kälteren Schichten befinden, so beginnt das Objekt sich zu kräuseln. Dieser Effekt wird auch „Warping“ genannt.

Wäre es möglich, dass gesamte 3D-gedruckte Objekt zu jeder Zeit auf exakt derselben Temperatur zu halten, so gäbe es keinen Verzug. Es ist jedoch lediglich möglich, die Temperatur des Druckmodells so gleichmäßig wie möglich zu halten, damit das Objekt an der Oberfläche seines Aufbaus festhält ohne sich zu verziehen.

Was bedeutet Hygroskopie und wie wirkt sie sich auf die Druckqualität aus?

Wenn Filamente der Feuchtigkeit ausgesetzt sind, so treten anschließend häufig Probleme mit der Druckqualität auf. Dies ist bedingt durch die so genannte Hygroskopie, das Absorbieren von Feuchtigkeit durch die Filamente. 

Da die meisten Filamente von Natur aus hygroskopisch sind, absorbieren sie die Feuchtigkeit in der Luft auf natürliche Art und Weise. Jedoch ist diese Eigenschaft ein Faktor, der die 3D-Druckqualität stark negativ beeinflussen kann. Leider ist Feuchtigkeit im Druckmaterial nach außen hin nicht sichtbar. 

Wird das Filament am heißen Ende eines 3D-Druckers erwärmt, so macht sich diese aber durch eine unschöne Blasenbildung bemerkbar. Weitere sichtbare Folgen sind Staus im Extruder, spröde, weiche oder zerbrechliche Druckobjekte sowie eine unzureichende Haftung auf dem Druckbett.

Welche Materialien sind am meisten von der Hygroskopie betroffen?

Generell sind alle Druckmaterialien etwas hygroskopisch. Daher sollte Filament in jedem Fall richtig gelagert und bei Bedarf zusätzlich getrocknet werden. 

Als besonders hygroskopisch haben sich jedoch ABS*, Nylon*, PC*, PETG*, PVA*, TPU* sowie viele andere flexible Filamente herausgestellt. Als weniger hygroskopisch dagegen gelten PLA*, ASA* sowie Polypropylen (PP*).

Fazit

Anfangs kann es für den Benutzer schwierig sein, sich mit der Technik eines 3D-Druckers vertraut zu machen. Mit der Zeit wirst du jedoch vielseitige Erfahrungen mit fehlerhaften oder komplett missglückten Drucken machen und herausfinden, welche allgemeinen Drucker- sowie Slicer-Einstellungen zum gewünschten Ergebnis führen.

Geht es um das Problem des Pillowing, so ist es zunächst wichtig, dieses Problem auch zu identifizieren und die Ursache dafür zu bestimmen. Sobald du die für dich passende Lösung gefunden hast, wirst du weiterhin erfolgreiche Drucke durchführen können.

Da auftretende Kissen in der Oberfläche erst relativ spät auftauchen, lässt sich der Druck nicht mehr abbrechen. Umso wichtiger ist es, dass du das Problem eindämmst, bevor es auftreten kann und geeignete Maßnahmen zur Vorbeugung einleitest. Solange du den Fokus auf die oberste Schicht legst und die genannten Lösungen anwendest, steht fehlerfreien 3D-Druckmodellen nichts mehr im Weg.

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