PLA Druckgeschwindigkeit: Optimale Einstellungen Finden

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Die Wahl der richtigen Geschwindigkeit für deinen 3D Druck kann eine ziemliche Herausforderung darstellen, insbesondere wenn du mit dem 3D Druck noch nicht so vertraut bist. Beschäftigst du dich jedoch ausgiebiger damit, wirst du eine Einstellung finden, welche in den meisten Fällen optimal für PLA* funktioniert. 

Leider können die Druckergebnisse abhängig von der jeweils gewählten Druckgeschwindigkeit sehr variieren. Druckst du zu langsam, kann die Fertigstellung eines Druckes sehr viel Zeit in Anspruch nehmen. Ist die Druckgeschwindigkeit zu hoch eingestellt, kommt es zu fehlerhaften Drucken. Außerdem möchtest du deine Druckergebnisse ja nicht nur dem Zufall überlassen.

Die beste Druckgeschwindigkeit für PLA findest du am besten mit einem Druckgeschwindigkeitsrechner und anschließendem Optimieren durch Testdrucke. Typische Geschwindigkeiten für PLA liegen zwischen 30 und 90 mm/s.

Im Folgenden erhältst du eine Einführung in die allgemeinen Geschwindigkeitseinstellungen für 3D Drucker und du erfährst, wie du das perfekte Gleichgewicht zwischen der Druckgeschwindigkeit und der daraus resultierenden Druckqualität ermittelst.

Optimale PLA Druckgeschwindigkeit Ermitteln

3D Druck wird oft auch als „Rapid Prototyping“ bezeichnet. Dies ist jedoch falsch, da der typische 3D Druck im Gegensatz zum Verfahren des Rapid Prototyping, oft mehrere Stunden dauern kann. 

Da ist es von Vorteil, dass sich die Druckgeschwindigkeit anpassen lässt, um die Produktionszeit des 3D Druckes entsprechend zu verkürzen. Jedoch können falsch gewählte Einstellungen auch zu fehlerhaften oder unbrauchbaren Druckergebnissen führen.

Die Druckgeschwindigkeit ist der ausschlaggebende Aspekt, welcher über die Qualität deines 3D Druckes entscheidet. Sie bestimmt, wie schnell sich die Extrudermotoren sowie die Motoren der X- und Y-Achse in deinem 3D Drucker bewegen.

Wählst du eine zu geringe Druckgeschwindigkeit, kann dies zu einer Verformung des Druckes führen, da die Düse zu lange auf dem Kunststoff verweilt. Ist die Druckgeschwindigkeit zu hoch eingestellt, kann es zu einer Überhitzung durch eine unzureichende Kühlung kommen. 

Weitere mögliche Folgen sind eine Verflüssigung des Materials oder auch eine ungenügende Haftung der einzelnen Schichten.

Die optimale Druckgeschwindigkeit sollte also so schnell wie möglich gewählt werden, jedoch ohne dass die Druckqualität dabei beeinträchtigt wird.

Druckgeschwindigkeit

Die Druckgeschwindigkeit wird grundsätzlich in vier einzelne Einstellungen unterteilt:

1. Die Geschwindigkeit der Außenwand:
   Mit dieser Einstellung wird festgelegt, wie schnell der äußere Umfang des 3D Modells gedruckt werden soll. Um die Oberflächenqualität zu verbessern, wird diese normalerweise leicht reduziert.
2. Die Geschwindigkeit der Innenwand:
   Die Geschwindigkeit der Innenwand bestimmt, wie schnell die Innenumfänge des 3D Modells gedruckt werden. Hierbei solltest du dich an der Gesamt-Druckgeschwindigkeit orientieren, um somit sowohl die Druckzeit zu verkürzen als auch gleichzeitig die gewünschte Druckstärke beizubehalten.
3. Die Füllgeschwindigkeit:
   Diese Einstellung bestimmt darüber, wie schnell die Füllung des 3D Modells gedruckt wird. In der Regel entspricht auch diese der Gesamtdruckgeschwindigkeit, um bei optimaler Druckstärke eine möglichst geringe Druckzeit zu erreichen.
4. Die Ober- und Untergeschwindigkeit:
   Mit dieser Einstellung wird darüber entschieden, wie schnell die Ober- und Unterseite des 3D Modells gedruckt werden sollen. Für gewöhnlich verringert man die Ober- und Untergeschwindigkeit leicht, um somit die Qualität der Oberfläche zu verbessern.

Fahrgeschwindigkeit

Die Fahrgeschwindigkeit definiert, wie schnell sich der Druckkopf des 3D Druckers bewegt, wenn kein Kunststoff extrudiert wird. 

Durch das Erhöhen der Fahrgeschwindigkeit kann eine erhebliche Zeitersparnis beim Drucken erreicht werden. Jedoch kann eine zu starke Erhöhung zu verzogenen 3D Drucken oder sogar zu vollständig falsch ausgerichteten Ebenen des Modells führen.

Du beginnst mit 100 Millimeter pro Sekunde und arbeitest dich in kleinen Schritten von fünf Millimeter pro Sekunde vor. Sobald die Oberflächenqualität akzeptabel ist, erhöhst du die Geschwindigkeit schrittweise weiter und verringerst diese wieder, sobald du eine Verschlechterung der Qualität feststellst. Achte dabei insbesondere auf Fehler wie zum Beispiel falsch ausgerichtete Schichten.

Rückzugsgeschwindigkeit

Die Rückzugsgeschwindigkeit bestimmt, wie schnell der Drucker das Filament zurückzieht bevor sich der Druckkopf bewegt. 

Diese Einstellung beeinflusst eine Reduzierung der Zeichenfolge, welche die gesamte Druckqualität optimieren kann. Ist die Rückzugsgeschwindigkeit zu gering eingestellt, können unter Umständen unansehnliche Fäden oder Tropfen im Filament deines 3D Druckes zurückbleiben. Bei einer zu hohen Rückzugsgeschwindigkeit kann es zu Schleifspuren auf dem Filament kommen.

Um die optimale Rückzugsgeschwindigkeit für deinen Drucker zu ermitteln, führst du wiederum Testdrucke bei unterschiedlichen Geschwindigkeitseinstellungen durch. 

Dazu beginnst du mit 25 Millimeter pro Sekunde und erhöhst die Geschwindigkeit schrittweise um fünf Millimeter pro Sekunde. Achte dabei auf eventuell auftretende verzweigte Spuren, welche sich über den 3D Druck erstrecken können. Bei einer optimal eingestellten Rückzugsgeschwindigkeit treten solche Fehler nicht auf, ohne jedoch dabei den Filamentfluss negativ zu beeinflussen.

Auf Thingiverse findest du zahlreiche Testobjekte um die Retraction-Einstellung zu testen.

Die Außenwand, die Füllung sowie die Einzelnen Schichten

Nicht nur die Druckgeschwindigkeit ist mit PLA entscheidend bei der Qualität deines 3D Druckes. Diese wird auch maßgeblich davon beeinflusst, wie viel Kunststoff sowohl für die Gestaltung der Außenwand als auch für die Füllung sowie für die einzelnen Schichten extrudiert wird.

1. Die Außenwand:
   Die Einstellung der Außenwand gibt an, wie viel Kunststoff extrudiert wird, um die Umrisse des 3D Modells zu bilden. Wird die Anzahl der Schichten in der Außenwand erhöht, so erhöht sich damit nicht nur die Stärke des Modells, sondern gleichzeitig auch die Dauer, welche die Fertigstellung des 3D Druckes in Anspruch nehmen wird.
2. Die Höhe der einzelnen Schichten:
   Die ausgewählte Schichthöhe beeinflusst in hohem Maße, wie schnell der 3D Druck fertiggestellt wird. Je größer die Schichthöhe ist, desto dicker ist jede einzelne Ebene des 3D Modells und desto kürzer gestaltet sich die Druckzeit. Die Schichthöhe sollte grundsätzlich auf die benötigte Druckauflösung abgestimmt werden.
3. Die Füllung:
   Die Füllung beschreibt die innere Struktur des 3D Modells. Das Füllmuster wirkt sich lediglich gering auf die Druckgeschwindigkeit aus, während die Fülldichte die Druckzeiten jedoch entscheidend beeinflusst. Wird eine höhere Fülldichte gewählt, so erhöht dies die Stärke des 3D Modells, sorgt aber auch für eine längere Druckzeit.

Druckgeschwindigkeitsrechner

Im Internet findest du spezielle Rechner, mit denen du die Druckgeschwindigkeit berechnen kannst (Link). 

Hierzu gibst du die Düsengröße, die Schichthöhe, die minimale sowie maximale Linienbreite und das von dir verwendete Material ein (wahrscheinlich PLA). Im Anschluss erhältst du eine Angabe über die maximale Druckgeschwindigkeit. Ziel dieses Rechners ist die genaueste Slicer-Konfiguration für deinen 3D Drucker.

Das Ergebnis dieser Berechnung ist ein mehr oder weniger grober Anfang auf dem Weg zur optimalen Geschwindigkeit. Um die Einstellungen zu optimieren raten wir trotzdem zu Testdrucken!

Die dem Druckgeschwindigkeitsrechner zugrundeliegenden Daten stammen aus mehreren experimentellen Tests in verschiedenen Konfigurationen von:

• Düsengröße
• Material
• Temperatur
• Hotend
• Extruder

Die Ergebnisse hat man wiederum in Diagramme unterteilt, welche in diesem Rechner verwendet werden. Sobald du die gewünschten Ebenenparameter eingegeben hast, wird die maximale Druckgeschwindigkeit berechnet. 

Bei Bedarf kannst du auch einen niedrigeren Wert wählen. Der vorgeschlagene Durchfluss wird dann basierend auf der langsameren Geschwindigkeit angepasst.

Diese Einstellung des Durchflusses ist entscheidend für die Maßgenauigkeit. Der Druck wird reduziert, wenn die Geschwindigkeit weiter vom Maximum entfernt ist, wodurch nur ein etwas geringerer Durchfluss erforderlich wird. Behältst du jedoch den gleichen Durchfluss für unterschiedliche Geschwindigkeiten bei, kann dies zu geringfügigen Abmessungen führen.

Insbesondere beim Druck mit großen Düsen kann das Ergebnis irritierend sein, da die Geschwindigkeit möglicherweise zu langsam erscheint. Verwendest du eine 1,0 Millimeter Düse mit einer Schichthöhe von 0,5 Millimetern und einer Linienbreite von 1,5 Millimetern liegt die empfohlene Geschwindigkeit bei unter 35 Millimeter pro Sekunde. Für gewöhnlich erwarten die Nutzer an dieser Stelle einen viel höheren Wert.

Der Geschwindigkeitsrechner befindet sich nach wie vor noch in der Entwicklungsphase und es werden viele zusätzliche Auswahlmöglichkeiten sowie genauere Werte erwartet. 

Verwandte Fragen

Warum PLA?

PLA besteht aus Polymilchsäure und es ist damit ein thermoplastisches Polymer. Da PLA aus natürlichen Quellen wie Mais oder auch Zuckerrohr stammt, wird es auch als Biokunststoff bezeichnet. 

Eine Vielzahl der anderen thermoplastischen Polymere werden aus nicht erneuerbaren Ressourcen wie Erdöl destilliert. PLA ist langfristig biologisch abbaubar, da es sich hierbei um ein Naturprodukt handelt. Dies bedeutet auch, dass PLA in der Regel innerhalb weniger Jahre in seine Bestandteile zerfällt, wenn es zum Beispiel auf einem Komposthaufen entsorgt wird. Andere thermoplastische Materialien hingegen würden viele Tausende von Jahren brauchen bis diese vollständig abgebaut sind.

Was sind die besten Anwendungsbereiche von PLA?

PLA ist sehr vielseitig und bietet sich somit optimal für die Verarbeitung im 3D Druck an. Für einen erfolgreichen Einsatz bei der Erstellung eines qualitativ hochwertigen 3D Modells ist ein ebenso hochwertiges PLA nötig. Verfügt es über die erforderliche Qualität, stellt das PLA eine gute Alternative zu stärkeren Filamenten wie ABS* oder PTEG* dar bis es um die Herstellung von komplexeren 3D Drucken geht. 

Sobald das PLA nicht mehr die nötige Flexiblität zur Erstellung von fortgeschritten 3D Drucken bietet, kann hier zu flexibleren Materialien wie TPU* gegriffen werden.

Warum sollte man 3D Modelle mit PLA drucken?

Die Vorteile von PLA 3D-Druckerfilamenten sind zum einen seine einfache Handhabung, da es gut fließt und sich nur selten verzieht, jedoch auch seine Robustheit. Es ist weder anfällig für Fäden im Filament, noch für auftretende Tropfen auf der Oberfläche. 

Eine Nachbearbeitung des fertigen Druckes ist ebenfalls unkompliziert. Es kann ohne Probleme geschliffen, durchbohrt oder geschnitten werden. PLA kann leicht pigmentiert werden, so dass für gewöhnlich eine bessere und lebendigere Farbauswahl zur Verfügung steht. 

Ein weiteres wichtiges Argument für die Verwendung von PLA ist seine Nachhaltigkeit. Es ist nicht giftig und besteht komplett aus natürlichen Inhaltsstoffen. Nicht zuletzt profitiert man beim 3D Druck auch davon, dass die PLA Drucktemperatur niedriger ist als beiden meisten anderen Filamenten. 

Was ist der Unterschied zwischen ABS und PLA?

PLA ist ein Allrounder und für die meisten Drucke aufgrund seiner guten Qualität ausgezeichnet geeignet. Jedoch haben auch ABS-Filamente ihre Vorzüge. ABS ist stärker und haltbarer als PLA, jedoch auch weniger dicht. Dies macht ABS aber zu einem großartigen Upgrade-Material für einige Endanwendungsteile, sollte PLA aus bestimmten Gründen nicht ausreichend sein. 

Grundsätzlich geben verflüssigte Kunststoffe während des Druckvorganges Dämpfe ab, was auch der Grund dafür ist, warum ein 3D Drucker immer in gut belüfteten Räumen seinen Platz finden soll. Allerdings verströmt ABS beim Drucken einen stärkeren Geruch, während PLA viel weicher und leicht süßlich riecht. 

ABS kann mit Aceton geglättet werden, wodurch die durch den 3D Druck verbleibenden Schichtlinien geglättet werden können. Dies kann zusätzlich die Stärke des Druckes erhöhen. ABS ist im Gegensatz zu PLA nicht biologisch abbaubar, kann jedoch recycelt werden. 

Ist PLA-Filament lebensmittelecht?

PLA-Filament, welches für den 3D Druck vorgesehen ist, ist nicht lebensmittelecht. Mit PLA werden jedoch auch viele gängige Gegenstände, wie zum Beispiel Lebensmittelbehälter, Einweggeschirr oder Müllsäcke hergestellt. 

Da beim 3D Druck aber viele winzige Lücken und Hohlräume entstehen können, nutzt man PLA in diesem Zusammenhang nicht zur Herstellung lebensmittelechter Behälter, da sich ansonsten Feuchtigkeit und Speisereste ansammeln können, welche innerhalb kurzer Zeit zu Schimmel führen könnten. 

Obwohl PLA biologisch abbaubar ist, ist es noch immer ein starkes und haltbares Material und härter als andere thermoplastische Materialien. Seine geringe Zugfestigkeit neigt jedoch dazu, PLA schnell spröde zu machen.

Was ist der Schmelzpunkt von PLA?

PLA hat eine relativ niedrige Schmelztemperatur von circa 170 Grad Celsius, was es zu einer schlechteren Wahl für Objekte macht, welche bei ihrer Verwendung mit hohen Temperaturen in Kontakt kommen. 

Für Objekte, welche lediglich bei Raumtemperatur in einer normalen Umgebung benutzt werden sollen, ist PLA für 3D Drucke jedoch eine gute Wahl. 

Welche Temperatur wird zum Drucken von PLA verwendet?

Im Allgemeinen liegt die Drucktemperatur für PLA-Filamente im Bereich von circa 185 Grad Celsius bis hin zu 205 Grad Celsius. Dies ist ebenfalls von der Dicke des Filamentes abhängig. 

Wird ein Filament von 1,75 Millimeter benutzt, so liegt die Temperatur eher im unteren Bereich, während man sich bei einem 2,85 Millimeter starken Filament dem oberen Temperaturbereich nähern sollte, um die erhöhte Materialdicke auszugleichen.

Wie sollte PLA gelagert werden?

PLA ist wie viele andere Thermoplaste hygroskopisch. Das bedeutet, dass es im Laufe der Zeit auf natürlich Weise Wasser aus der Umgebungsluft aufnimmt. Wird ein 3D Druck mit PLA produziert, welches zuvor Wasser absorbiert hat, so ist es schwieriger, die Schichten zusammenzubinden. 

Gelingt dies dennoch, neigen die Schichten dazu, verzerrt zu sein. Ist das PLA-Filament spröde oder es reißt, spricht dies ebenfalls dafür, dass es Feuchtigkeit absorbiert hat. 

Um dies zu vermeiden, ist eine ordnungsgemäße Aufbewahrung des PLA-Filamentes wichtig. Idealerweise wird es in metallischen, versiegelbaren Beuteln gelagert, welche zusätzlich mit einem Trockenmittel versehen sind. 

Fazit

Die Auswahl der richtigen Parameter für Geschwindigkeit und Extrusion ist nicht ganz unkompliziert. Es gibt viele Faustregeln, welche dich bei dieser Aufgabe unterstützen können. Leider können diese aber auch nicht immer eine ideale Lösung darstellen und somit einen perfekten 3D Druck garantieren.

Der Druckgeschwindigkeitsrechner wurde entwickelt, um den Benutzern bei der Bestimmung der optimalen Druckgeschwindigkeit als auch des optimalen Flusses zu unterstützen. Diese Berechnung ist aber erst der Anfang – die Feinabstimmung gelingt mit Testdrucken!

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