Horizontale Erweiterung in Cura – Anschaulicher Guide

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Mit der Horizontalen Erweiterung in Cura (Horizontal Expansion in Englisch) können die Dimensionen eines Objekts in der XY-Ebene verändert werden. Dadurch lässt sich die Maßgenauigkeit der gedruckten Objekte verbessern.

In diesem Artikel erfährst du wie du diese Einstellung in Cura nutzen kannst, um die besten Ergebnisse für deine Drucke zu erzielen und wann du sie anwenden solltest.

Was ist die Horizontale Erweiterung in Cura?

Die horizontale Erweiterung wird in Millimeter angegeben und verändert das Modell in der XY-Ebene. Positive Werte machen das Objekt breiter, negative Werte machen das Objekt schmaler. Sie kann für das gesamte Objekt, nur die erste Schicht oder für Löcher vorgenommen werden. 

Die horizontale Erweiterung ist aber kein einfacher Skalierungsfaktor in der XY-Ebene – dafür gibt es die horizontale Schrumpfkompensation (mehr dazu weiter unten). Bei der horizontalen Erweiterung verhält sich jeder Punkt des Objekts eher wie ein Hefeteig, jedoch ohne, dass sich benachbarte Punkte verschieben. Alle Punkte auf der XY-Ebene wachsen (oder schrumpfen) von ihrem ursprünglichen Ort aus und werden nicht verschoben. Die Linienbreite bleibt gleich.

Horizontale Erweiterung Erste Schicht in Cura

Die horizontale Erweiterung der ersten Schicht funktioniert genauso wie die normale horizontale Erweiterung, jedoch verändert sie nur die erste Schicht. Sie dehnt die erste Schicht aus oder zieht sie zusammen. 

Die meisten Filamente werden auf ein beheiztes Druckbett gedruckt. Je nachdem wie hoch die Temperatur ist, kann es dabei zu einem sogenannten Elefantenfuß kommen. Dabei entsteht eine zu breite erste Schicht die durch die Temperatur der Druckbett Oberfläche entsteht. Meistens ist dieser Effekt relativ klein und kann dann am besten mit einer negativen horizontalen Erweiterung ausgeglichen werden. 

Falls der Elefantenfuß jedoch zu stark ausgebildet ist und sich auch über die erste Schicht hinaus ausbreitet, hilft dir die horizontale Erweiterung nicht beim Beheben des Fehlers. 

Horizontalloch-Erweiterung in Cura

Die Horizontalloch-Erweiterung in Cura verhält sich genauso wie die normale horizontale Erweiterung, jedoch nur auf vertikale Löcher im Modell. Positive Werte machen die Löcher größer, negative Werte machen die Löcher kleiner. Alle anderen Dimensionen des Objekts bleiben unangetastet. 

Wenn du ansonsten mit der Maßgenauigkeit deines Objekts zufrieden bist, die Löcher jedoch entweder zu groß oder zu klein ausgefallen sind, ist die Horizontalloch-Erweiterung in Cura genau die richtige Einstellung um dein Ergebnis optimieren. Auch hier gilt wieder die Analogie zu einem Hefeteig. Die Löcher wachsen oder schrumpfen, die Position der Mittelpunkte der Löcher verändern sich durch die Einstellung jedoch nicht. 

Während des Drucks von Löchern bewegt sich die Nozzle im Kreis und kann dabei das schon gedruckte Filament hinter sich herziehen. Durch die Kreisbewegung wird es leicht zum Mittelpunkt des Lochs gezogen und macht dadurch den Durchmesser des Lochs etwas kleiner. Je nach Material, Druckgeschwindigkeit und anderen Einstellungen kann dieser Effekt stärker oder schwächer sein. 

Dadurch kann es sein, dass die Maßgenauigkeit des Objekts perfekt ist, die Löcher jedoch etwas zu klein ausfallen. Wenn du dein Objekt präzise konstruiert hast und die Löcher wichtig für die Funktion sind (z.b. für Schrauben oder Achsen) kannst du mit der Horizontalloch-Erweiterung das Problem beseitigen. 

Beachten musst du bei dieser Einstellung, dass Cura ziemlich penibel ist bei der Definition von Löchern. Ein Loch ist hier definiert als ein zusammenhängendes offenes Volumen von oben nach unten im Objekt. Sobald es eine Öffnung zur Seite hat, gilt es nicht mehr als Loch sondern als Außenhaut. 

Außerdem ist es wichtig, bei der Kombination von der Horizontalloch-Erweiterung mit der normalen horizontalen Erweiterung, dass die Löcher als erstes behandelt werden und erst dann die normale horizontale Erweiterung angewendet wird. Dadurch könnten Teile des Objekts verschluckt werden. Achte also bei der Verwendung dieser beiden Funktionen immer darauf was mit kleinen Details passiert.

Auswirkungen der Horizontalen Erweiterung in Cura auf das Objekt

Durch die horizontale Erweiterung und Cura wird das Objekt in der XY-Ebene an beiden Seiten um den angegebenen Wert vergrößert. Die gesamte Breite wird also um das Doppelte des Werts verlängert.   

Wenn du eine horizontale Erweiterung von 5 mm einstellst, hat ein Würfel mit einer ursprünglichen Kantenlänge von 20 mm danach eine Breite von 30 mm in X- und Y-Richtung. Die 5 mm werden auf beide Richtungen jeweils addiert. Wenn du dies nicht weißt, kann es am Anfang etwas verwirrend sein wenn du versuchst und die Maßgenauigkeit hiermit zu kalibrieren und dich wunderst, warum das Maß auf einmal um das Doppelte der Einstellung abweicht.

Wie wird die Horizontale Erweiterung in Cura Aktiviert?

Die horizontale Erweiterung befindet sich in Cura unter den Einstellungen für die Wände. Falls diese Einstellung dort nicht zu finden ist, kann ihre Sichtbarkeit in den Optionen aktiviert werden.

Die drei Einstellungen für die horizontale Erweiterung werden jeweils in Millimetern angegeben. Die Angabe bezieht sich dabei auf die X und die Y-Achse. Wie bereits oben beschrieben, musst du dabei jedoch beachten, dass die Angabe in beide Richtungen der jeweiligen Achsen angewendet werden. Bei einer horizontalen Erweiterung von 0,2 mm wird das Objekt also um 0,4 mm breiter. 

Um die Auswirkungen der Horizontalen Erweiterung schon vor dem Slicen einschätzen zu können, erzeugt Cura um das Objekt einen Schatten mit den endgültigen Maßen. Falls du mehrere Objekte auf einmal drucken möchtest, kannst du so sicherstellen, dass sie sich nicht gegenseitig in die Quere kommen.

Wozu wird die Horizontale Erweiterung in Cura Verwendet?

Durch die horizontale Erweiterung in Cura lassen sich Maßungenauigkeiten des Druckprozess ausgleichen wie das Schrumpfen von Filamenten beim Abkühlen oder das Hinterherziehen des Filaments in Löchern. Diese Einstellung macht vor allem für Objekte mit einer mechanische Funktion Sinn.

Typische Anwendungen bei denen die horizontale Erweiterung helfen kann sind zum Beispiel Zahnräder oder Achsen und deren Lagerungen/Löcher. Aber auch wenn du nur dekorative Objekte drucken möchtest, kannst du hiermit die Maßgenauigkeit perfektionieren, um die Qualität von kleinen Details noch weiter zu verbessern.

Diese Art der Kalibrierung der Maßgenauigkeit ist viel eleganter als die Maße im Slicer oder im CAD Programm manuell anzupassen.

Ich habe diese Art der Kalibrierung an meinem FLSUN Super Racer vorgenommen. Die Flussrate hatte ich davor schon kalibriert, jedoch wich die Maßgenauigkeit um wenige hundertstel Millimeter von den Werten des digitalen Objekts ab. Mit dem Accuracy Testmodell aus dem “Calibration Shapes” Plugin konnte ich mit der horizontalen Expansion die Maßgenauigkeit verbessern.

Nachteile der Horizontalen Erweiterung in Cura 

Der negative Effekt der horizontalen Erweiterung ist, dass Details und Löcher entweder verstärkt oder verschluckt werden. 

Zur Veranschaulichung habe ich einen Kalibrierwürfel mit einer horizontalen Erweiterungen von 0 mm, 1 mm und -1 mm gesliced. Bei einer horizontalen Erweiterung von 1 mm ist das “Z” auf der Oberseite nicht mehr zu sehen, nur noch zwei kleine Löcher wurden ausgebildet. Auch sind die Buchstaben “X” und “Y” weniger stark ausgebildet. Bei einem Wert von -1 mm sind alle Buchstaben stärker ausgebildet als vorher. 

Dieses Beispiel ist aber für die bessere Veranschaulichung relativ extrem gewählt. Normalerweise liegen die Werte der horizontalen Erweiterung in Bruchteilen von Millimetern. Wenn dem nicht so ist, solltest du dich als erstes um die Kalibrierung der Flussrate kümmern bevor du dich der horizontalen Erweiterung zuwendest oder dir die Schrumpfkompensation für Materialien die stark schrumpfen anschauen (mehr dazu weiter unten).

Ein weiterer Nachteil ist, dass du aufpassen musst wenn du mehrere Objekte gleichzeitig drucken möchtest. Wenn du die Objekte sehr nahe beieinander positioniert hast um Druckzeit zu sparen, können sie sich durch die horizontale Erweiterung überlappen. Bevor du das Objekt sliced, kannst du die endgültige Position der größeren Objekte jedoch anhand der Kollisions-Schatten auf dem Boden sehen. So kannst du verhindern dass sie sich überlappen und es zu katastrophalen Druckfehlern kommt. 

Horizontale Erweiterung vs. Kompensation der Schrumpfung

Die horizontalen Erweiterung in Cura dehnt jeden Punkt des Objekts um einen Wert in mm aus. Die Schrumpfungskompensation skaliert das Objekt um einen prozentualen Wert. Das Endergebnis ist daher grundlegend verschieden und eignet sich für verschiedene Anwendungen. 

Die Schrumpfungskompensation wird, wie der Name schon sagt, für Materialien angewendet die beim Abkühlen schrumpfen. Du kannst hier zwar auch negative Werte angeben, womit das Objekt kleiner wird, jedoch macht dies in den wenigsten Fällen Sinn. Um die Schrumpfung zu kompensieren, gibst du hier einen prozentualen Wert ein der größer ist als 100%, damit das Objekt nach dem Abkühlen und Schrumpfen die richtigen Maße aufweist. 

Die Schrumpfungskompensation teilt sich in drei Werte auf. Entweder kannst du die Kompensation in alle Raumrichtungen, nur in horizontaler Richtung oder nur in vertikaler Richtung angeben. Durch die Funktionsweise von FDM 3D Druckern, wird meistens nur die horizontale Schrumpfungskompensation angewendet. Manchmal kommt auch eine Kombination aus verschiedenen Werten für die horizontale und die vertikale Richtung zum Einsatz. 

Da das Filament in horizontalen Linien aufgetragen wird, schrumpft das Material meistens auch hauptsächlich in horizontaler Richtung. Je länger und gerader die Linien in die jeweilige Richtung sind, desto stärker wird es in dieser Dimension schrumpfen. Die internen mechanischen Kräfte die durch das Abkühlen entstehen sind in der horizontalen Ebene viel größer als in der vertikalen. 

Daher kannst du dich nicht auf das generelle Schrumpfverhalten von Materialien verlassen, da es sich beim 3D Druck noch etwas anders verhält. Ein Datenblatt mit der jeweiligen Angaben zum Schrumpfverhalten ist daher vielleicht nur eine grobe Richtung in die du den Wert anpassen kannst, aber keine Garantie dafür, dass das Endergebnis stimmt. 

Anders als bei der horizontalen Erweiterung verschiebt Cura die Objekte wenn sie durch die Schrumpfungskompensation skaliert werden. Hier brauchst du dir keine Sorgen machen, dass sich die Objekte überlappen. Du kannst die endgültige Ausdehnung der Objekte auch vor dem Slicen an den Kollisions-Schatten auf dem Boden erkennen.

Horizontale Erweiterung vs. Flussrate

Der Unterschied zwischen der Flussrate und der horizontalen Expansion ist, dass die Dimensionen des Objekts sich bei der Flussrate im Slicer nicht verändern. Durch eine Veränderung der Flussrate lassen sich Ungenauigkeiten nicht gut kompensieren. 

Durch eine höhere Flussrate wird auch mehr Filament pro Zeiteinheit extrudieren – und andersherum. Theoretisch könntest du damit also Maßabweichungen korrigieren. Wenn die Flussrate aber nicht richtig kalibriert ist und zu stark abweicht, kann es schnell zu Extrusionsfehlern wie Löchern oder Stringing kommen. 

Es ist also wichtig, dass du die Flussrate richtig kalibrierst und erst dann weitere Maßabweichungen über andere Wege wie die horizontale Expansion oder die Schrumpfungskompensation löst. Bei der Kalibrierung der Flussrate ist es das Ziel, dass die Wandstärke eines Testobjekt exakt mit dem theoretischen Wert im Slicer übereinstimmt. 

Danach können Effekte wie das Schrumpfen von bestimmten Materialien mit der horizontalen Expansion oder der Schrumpfungskompensation und nicht mit der Flussrate kompensiert werden. 

Fazit: Kann die Horizontale Erweiterung Nützlich Sein?

Die horizontale Expansion kann in manchen Fällen genau das richtige Werkzeug sein, um eine perfekte Maßgenauigkeit beim gedruckten Objekt zu erreichen. Auch wenn du dein Cura Profil für deinen 3D Drucker sehr gut kalibriert hast, Kann es trotzdem noch zu bestimmten Effekten, die du vorher nicht reparieren kannst. 

Zum Beispiel sind Löcher meistens in der Realität etwas enger als sie im Slicer oder im CAD Programm angezeigt werden. Die Nozzle zieht das heiße Filament während der Kreisbewegung etwas hinter sich her und zieht es so etwas zum Mittelpunkt des Kreises. Dafür gibt es die Horizontalloch-Erweiterung in Cura.

Aber auch wenn das gesamte Objekt gleichmäßig in der XY-Ebene verzogen ist, lässt sich dieses Problem häufig mit der horizontalen Expansion lösen und die Maßgenauigkeit perfekt kalibrieren. 

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