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Modellbau Der Einstieg + Warnhinweise

3D Druck 3.jpg
Geschichte

2007 wurde Shapeways als erster Online 3D Druckdienst in den Niederlanden gegründet. Recht schnell kamen weitere Materialien und Druckverfahren hinzu. Auch solche die es uns Modellbahnern möglich machten, eigene Projekte in hochwertiger Qualität zu verwirklichen.
Mit der Zeit kamen weitere Dienstleister hinzu.
Aber es gab mehrere Hacken:
Zum einen war/ist es relativ teuer. Relativ, weil man bedenken muss das die eingesetzten Drucker im 5-Stelligen Bereich kosten. Und das die Lohnkosten in den Niederlanden nicht mit denen mancher Asiatischen Länder vergleichbar ist. Die Drucke müssen alle nach dem Drucken mehr oder weniger Händisch weiter bearbeitet werden, bis sie als Rohling zum Auftraggeber kommen.
Zum anderen war/ist die Qualität nicht immer konstant, bzw. kann nicht viel beeinflusst werden. Das hat viel mit der Ausrichtung im Drucker zu tun. Der Dienstleister ist schließlich immer bestrebt den Druckraum möglichst voll zu packen. Die anschleißende Bearbeitung, also das entfernen von Stützmaterial (egal ob aus Wachs oder aus Resin) ist auch recht knifflig. Wir Modellbahner sind bestrebt möglichs filigran zu konstruieren. Das macht es den Mitarbeitern des Dienstleisters nicht gerade einfach. Und wenn man sich vorstellt, das jemand das 8-9h am Stück macht, so kann auch mal was schief gehen. Und so sind immer wieder kleine Teile an Modellen nicht beim Kunden angekommen.
Weiter war die Lieferzeit, mit einigen Wochen recht lang. Man hat also Konstruiert. Das Modell beim Dienstleister in Auftrag gegeben und erst viele Wochen später in den Händen gehabt. Ohne zu wissen ob das was man sich überlegt hat auch klappt. Ggf. musste dann korrigiert werden und das Spiel fing von vorne an. Projekte konnten sich so über viele Monate oder sogar Jahre ziehen, was heute vielleicht nur noch Wochen dauert.

Bitte nicht falsch verstehen. Diese Dienstleister haben weiterhin ihre Berechtigung. Aber man muss eben auch wissen was man bekommt und zu erwarten hat. Allerdings hat nicht jeder die Möglichkeit, die Lust oder das Knowhow selbst zu drucken. Oder möchte das vielleicht auch einfach nicht, weil er lieber was anderes in der Zeit macht oder es einfach zu wenig ist als das sich ein eigener Drucker lohnt.


Seit ein paar Jahren sind nun mittlerweile 3D-Resin-Drucker für den Ottonormalverbraucher erschwinglich geworden. Zwar gab es auch schon vorher Resin-Drucker für Privatpersonen zu kaufen, allerdings war der Markt sehr übersichtlich und der günstigste kostete noch stolze ~3000€.
Das hatte sich 2019 Grundlegend geändert. Eine ganze Reihe von Herstellern stürmten auf den Weltmarkt mit Resindruckern die 300-400€ kosteten.
Was war geschehen? 2014 ist das, 1984 von Chuck Hull eingereichte, Patent abgelaufen. JA, richtig gelesen! Resin-Druck, genauer das Stereolithographie-Verfahren, auch SLA genannt, gibt es schon seit 1984. Aber wie das häufig so ist, führen die hohen Patentgebühren dazu das diese Erfindungen, wenn überhaupt, nur erstmal in der Industrie Verwendung finden.
Aber noch etwas war geschehen. Eine Chinesische Firma hatte es sich zur Aufgabe gemacht damit viel Geld zu verdienen. Nicht etwa dadurch das sie selbst Drucker anbietet. Sondern dadurch das sie die Vorraussetzungen für viele andere schafften. Die Firma heißt Chitubox. Jeder kennt oder wird den Slicer mit gleichem Namen kennen lernen. Was viele nicht wissen ist, das in den meisten Resindruckern auch die Hardware & Software dieser Firma verbaut ist. 2019 sogar ausschließlich in dieser Preisklasse. Es war also egal welchen Drucker man kaufte. In jedem war das gleiche Mainboard und das gleiche Display verbaut. Gemeint ist natürlich das Display zum Belichten des Resin.
Dennoch waren und sind nicht alle Drucker gleich gut. Auch wenn sich die Gehäuse ähneln, so kocht dennoch jeder Hersteller sein eigenes Süppchen. Vor allem bei der Befestigung der Laufschiene am Gehäuse hatten in der Anfangszeit mache Hersteller gepfuscht, so das die Druckergebnisse nicht sonderlich überzeugen konnten. Auch hat jeder sein eigenes Konzept bei den Tanks, den Druckplattformen usw.
Mittlerweile versuchen sich manche Hersteller von Chitubox zu lösen und konstruieren eigene Mainbords und komplett eigenständige Softwarelösungen für ihre Drucker. Als Grundlage dient dabei oft Linux.
Bei den Displays allerdings ist das nicht so einfach. Es gibt weltweit nur eine Hand voll Hersteller für Displays. Und noch weniger stellen für die Sparte der Resin-Drucker Displays her. So erstaunt es nicht, das jedes Jahr die neusten Modelle der Hersteller, fast identische Displaydiagonalen und Auflösungen haben.


Druckverfahren

Beim Resin-Druck gibt es drei verschiedene Druckverfahren:
  1. SLA - Stereolithographie
  2. DLP - Digital Light Processing (Digitaler Lichtprojektor)
  3. LCD - Liquid Crystal Display (Flüssigkristallanzeige)
Oft wird SLA als Synonym für den Resin-Druck verwendet. Dies ist aber falsch! Zu 99,8% wird kein Modellbahner, der selbst druckt, einen SLA-Drucker bei sich stehen haben. Sondern vermutlich eher einen LCD-Drucker.

Ich möchte hier auch gar nicht zu sehr ins Detail gehen. Dafür gibt es mittlerweile genügend Informationsquellen, die sich ausführlich den Unterschieden widmen. Dafür möchte ich auf eine Suchmaschiene im Internet verweisen.

Damit ein Modell überhaupt gedruckt werden kann muss es in einzelne Schichten zerlegt werden. Diese sind 0,01-0,1mm stark. Je dünner die Schichten sind, umso feiner und detailierter wird das Modell. Allerdings dauert der Druck länger. Je dicker die Schichten sind, um so gröber wird das Modell. Aber es geht schneller. Bei zu dicken Schichten sind diese als Treppe später sichtbar.
Das zerteilen in einzelne Schichten und das umwandeln der Daten in Maschienencode, mit denen der Drucker auch was anfangen kann, wird mit einem Slicer erledigt. In diesem Slicer kann man auch noch Stützstrukturen setzen. Bei manchen Premiumversionen kann das virtuelle Modell auch noch bearbeitet werden.

Eines haben alle drei Druckverfahren gemeinsam: Sie modellieren Gebilde aus einem Photopolymerharz, das in einer Wanne (Tank) lagert und mit Hilfe von UV-Licht von unten, Schicht für Schicht, gehärtet wird, während es aus einer im Harz hängenden Plattform herausgezogen wird.


SLA:

Bei SLA wird das Resin mit einem Laser gehärtet, der mit hilfe eines sehr präzisen Spiegels gelenkt wird. Der Laser fährt dabei die gesammte Kontur und Fläche einer Schicht ab. Erst dann hebt sich die Plattform von der Folie (FEP), die das Resin vom Display trennt und fährt wieder herunter, bis die eingestellte Schichtstärke erreicht ist. Dann wird die nächste Schicht gehärtet usw.
Neuere SLA-Drucker verwenden keine Spiegel mehr unschärfen bei sehr Spitzen Winkeln zu vermeiden. Statt dessen trifft der Strahl immer genau senkrecht auf den Boden des Tanks. Dafür muss aber die komplette Lasereinheit sehr präzise bewegt werden.

Da der Laser frei beweglich ist, kann er auch kurven fahren. Dadurch wird ein sehr sehr feines Druckbild ohne Ecken und Kanten erreicht. Der Nachteil ist, das sich die Druckzeit erhöht um so voller die Druckplatte mit Modellen belegt wurde.

SLA-Drucker sind auch heute noch die teueresten Resin-Drucker die es gibt. Das liegt nicht zuletzt an der Notwendigkeit einer sehr präzisen Mechanik für den Spiegel des Laser und dessen sehr präziser Justierung.

Ab etwa ~3000€ muss man hier rechnen. Aber die Zeilgruppe dieser Drucker ist eher die Zahnmedizin, die Industrie und sehr professionelle Kunden.


DLP:

Bei DLP wird im Gegensatz zu SLA die komplette Schicht auf einmal gehärtet. Es ist also egal wie voll man die Bauplatte stopft. Der Druck dauert immer gleich lang.

Der weitaus größere Unterschied ist aber die Art der Belichtung. Hier wird keine Laser benutzt, sondern ein Projektor. Der Projektor strahlt sein Licht auf ein spezielles Gerät, das als DMD (Digital Micromirror Device) bekannt ist und aus einer sehr großen Anzahl sehr kleiner Spiegel besteht. Jeder von denen ist in der Lage, das Licht des Projektors in eine andere Richtung abzulenken. Für jede Schicht sind diese kleinen Spiegel in einer bestimmten Ausrichtung angeordnet, die den digitalen Lichtstrahl vom Projektor auf die Unterseite des Tanks reflektiert, und zwar genau in der Form der zu druckenden Schicht.

Aber auch diese Technik ist recht aufwendig. Alles muss sehr präzise auf einander abgestimmt und Justiert werden, sonst wird das Ergebnis nicht schön. Deshalb ist sie auch noch teurer wie die LCD-Drucker. Aber schon deutlich günstiger wie SLA.
Ein weiterer Nachteil den jeder kennt, der schon mal mit Beamern zu tun hatte, ist die Auflösung. Das Bild wird ja meist durch die Projektion vergößert. Dadurch sinkt die Auflösung. Sprich die DLP-Einheit muss eine noch höchere Auflösung bieten. Zudem hat man an den Rändern mit Unschärfen zu kämpfen. Ähnlich wie bei den SLA-Druckern mit Spiegel. Die Hersteller ergreifen zwar Gegenmaßnahmen, aber völlig vom Tisch ist das Problem deswegen nicht.

Aber es gibt auch Vorteile. Der Stromverbrauch ist viel niedriger als bei LCD-Druckern. 12W reichen schon. Somit kann auch auf eine aufwändige und laute Kühlung verzichtet werden. Auch die Lebensdauer ist mit bis zu 20.000h sehr hoch.
Und die Druckplattform drückt nur gegen eine Glasscheibe und nicht gegen das Display, wie bei LCD.

Aktuell (2023) sind die DLP-Drucker noch etwas teurer wie LCD-Drucker. Und sie kämpfen, im Vergleich mit LCD-Druckern, mit einer stärkeren Ausbildung von sichtbaren Treppen.


LCD:

Die am weitesten verbreitete Art des Resin-Druck ist der LCD-Druck. Hier ist unter dem Tank ein LCD-Display angeordnet. Unter diesem ist, mit etwas Abstand, die Lichteinheit angeordnet. Diese besteht aus einer UV-LED-Matrix, mit darüber angeordneten Linsen. Die Linsen dienen dazu das Licht besser und gleichmäßiger zu verteilen. Gute Hersteller schaffen es selbst in der äußersten Ecke des Display noch 92% oder mehr, des Lichtes ankommen zu lassen wie in der Mitte.

In der Anfangszeit wurden "Farbdisplays" verwendet. Das heißt, für jedes Pixel gab es drei Sub-Pixel aus Rot, Grün & Blau (RGB). Dies ist natürlich beim 3D-Druck völlig überflüssig. Die Pixel sollen das (bläuliche) UV-Licht entweder komplett durchlassen oder garnicht. Aber es gab nichts anderes am Markt.
Die Folge war das die Displays sehr viel des Lichtes schluckten, was zu langen Belichtungszeiten, von 6-9 Sekunden pro Schicht, führte.
Erst die zweite Generation hatte Monochrome-, also "Schwarz-Weiß-" Displays. Seit dem sind, bei gleicher Lichtstärke, Belichtungszeiten von 1,5-3 Sekunden pro Schicht möglich.

Die Auflösung der Displays hat sich seit 2019 auch massiv verbessert. Mittlerweile sind wir bei einer Pixelgröße von 0,018 x 0,018mm angelangt. Wer also mit 0,02mm Schichthöhe druckt (Z-Achse), hat die selbe Auflösung nun auch in X-, Y-Richtung.
Die Druckergebnisse mit den aktuellen LCD-Druckern sind extrem gut. Treppen sind kaum bis gar nicht mehr auszumachen.
Auch gibt es mittlerweile größere LCD-Drucker, in denen z.B. ein kompletter langer Personenwagen schräg hinein passt. Auch größere Gebäude kann man jetzt in hoher Qualität selbst verwirklichen.

Und das ganze zu unschlagbaren Preisen. Die kleinen Drucker fangen bei ~300€ an. Die größeren bei ~500€. Vorjahres-Versionen gibt es noch günstiger. Man muss sich aber dann bewusst sein, das man Abstriche macht. Oft bekommt man für die aktuellen Drucker recht große Rabatte durch verschieden Aktionen. Und nicht immer sind die Drucker in den großen Online-Marktplätzen an günstigsten.

Aber auch hier gibt es Nachteile. Die Displays altern durch das starke UV-Licht schneller. Ein Defekt mit Pikxelfehlern kann schon mal schneller auftretten als man denkt. Und generell sollte man nur mit 2.000h Lebensdauer rechnen. Als Ersatz für die neueren Displays muss man mittlerweile auch mehr berappen. Früher war man schon mit 20€ für ein Ersatzdisplay dabei. Heute sind es schnell 100€ oder sogar 140€. Das legt man sich dann auch nicht mal eben so auf Verdacht hin. Sondern bestellt es wirklich nur wenn es nötig ist. Aber man darf eben auch nicht vergessen was diese Displays leisten.
Wir reden hier z.B. von 8520 x 4320 Pixel bei einer Größe von 153 x 78 mm. Also 9K auf einem 7 Zoll Display. Aktuelle Fernseher haben 4K bei 55 Zoll. Selbst aktuelle Smartphones und Pads haben diese Auflösung nicht. Warum auch? Irgendwann sieht man keinen Unterschied mehr. Aber beim 3D-Druck kann man es schon sehen.
Allerdings glaube ich das hier das Ende erreicht ist. Mehr macht keinen Sinn mehr.
Zurück zu den Nachteilen: Da das Display direkt unter dem Tank angeordnet ist, drückt der Plattform immer gegen es. Im ungünstigen Fall kann durch ein falsches Leveln und/oder durch verfestigtes Resin im Tank, durch das herunter drücken der Plattform das Display beschädigt werden.
Alle Hersteller habe deshalb eine Schutzfolie über dem Display.
Manche sogar nich eine gehärtete Glasscheibe. Die Glasscheibe ist natürlich ideal zu Schutz. Hat aber den Nachteil dass das Licht nach dem Display, durch das Glas, durch die Schutzfolie und dann noch durch die FEP-Folie des Tank muss. Dadurch kann zu viel Lichtstreuung entstehen, was zu Lasten von Details geht.
Durch die Lichteinheit entsteht auch recht viel Wärme, die mittels Kühlung abgeführt werden muss. Auch wenn die Lüfter nicht all zu laut sind, so sind sie dennoch hörbar.



Warnhinweise - Umgang mit Resin

Resin für den 3D-Druck ist ein Photoplymerkunstharz. Wie für alle Kunstharze gilt, das diese im flüssigen Zustand gesundheitsschädlich sind!

Kontakt mit der Haut und das einatmen der Dämpfe kann zu schweren gesundheitlichen Problemen führen. Oft treten diese mit erheblicher Zeitverzögerung ein. Gesundheitliche Probleme können sich erst viele Jahre später bemerkbar machen.

Die oft beigelegten
medizinischen Masken, bieten keinen Schutz! Auch FFP2 oder sogar FFP3 Masken haben keine Schutzwirkung!
Der oft gebrachte Ausdruck "besser wie nichts" trifft hier nicht zu. Denn diese Masken sind "nichts".

Es sollte eine dicht abschließende Atemschutzmaske mit mind. ABE1 Filter getragen werden.
Natürlich sollten diese Filter regelmäßig getauscht werden. Einmal im Jahr ist eine gute Faustformel. Spätestens jedoch wenn man von dem Resin oder der Waschflüssigkeit etwas riecht. Dann ist der Filter nähmlich aufgebraucht. Immer beide Filter gleichzeitig wechseln.

Desweiteren sind Nitrilhandschuhe zu tragen. KEINE Silikonhandschuhe! Silikon ist chemisch nicht stabil und lässt Giftstoffe durch.

Auch Resin mit wohlklingenden Namen oder Beschreibungen wie "BIO", "auf Pflanzlicher Basis", "Organisch", usw. ist im flüssigen Zustand Gesundheitsschädlich!
Das bedeutet nur dass das Kunstharz aus Nachwachsenden Rohstoffen hergestellt ist. Nicht aber der Primer (Härter), der das Resin durch UV-Licht härten lässt. Dieser ist das Gesundheitsschädlichste am ganzen Resin.

Resin-Drucker gehören nicht in Wohnräume! Räume für Drucker, die an Wohnräume angrenzen sollten gut isoliert sein. Ein leichter Unterdruck wäre perfekt. Eine ausreichende Belüftung ist allerdings das Mindeste.
Auch Luftfilter oder weniger riechende Resin sind kein Schutz. Die Bestandteile die am schädlichsten sind, sind nicht immer die die den meisten Geruch ausmachen.

Wasserwaschbares Resin heißt nicht das man es mit dem Wasserhahn abspülen darf!

Auf keinen Fall darf Waschwasser/Waschflüssigkeit, flüssiges Resin oder andere Reinigungsutensilien in die Umwelt oder Kanalisation gelangen. Diese sind immer aufzufangen/aufzuheben und als Sondermüll zu entsorgen!

Die Hersteller klären absichtlich nicht über die Gefahren und Umstände auf, da sonst wohl niemand mehr einen Resin-Drucker kaufen würde.

Um die Kleidung zu schützen sollte ein langer Kittel getragen werden. Eine Augenschutzmaske/brille ist empfehlenswert.

Bei ordnungsgemäßen Umgang und Schutzvorkehrungen ist der Resindruck weitgehend ungefährlich und kann viel Spaß und Freude bereiten.

Vollständig ausgehärtetes Resin ist unbedenklich und kann ganz normal angefasst und weiter verarbeitet bzw. über den Hausmüll entsorgt werden.

Spielt lieber mit der Modellbahn und nicht mit eurer Gesundheit.;)

Kommentare

An der Stelle möchte ich noch ergänzen:

(1) Resindrucker haben "im Nassbereich", gern an der Kante an der die Abdeckung aufgesetzt wird, einen Spalt der aus der Montage resultiert. Während ich vorgefertigte Abklebungen über der Kante der Displayschutzfolie auch als Ersatzteil kenne, ist diese Spalte nicht immer gegen eindringendes Resin geschützt. Daher habe ich bei mir diese Spalte mit dünnem Klebeband zugeklebt, denn ein tropfen Resin, der da hineinzieht, ist sehr schlecht wieder zu entfernen.

(2) Die Geruchbelastung lässt sich mit Luftfiltern (bspw. dem Anycubic Airpure) merklich reduzieren. Die Ersatz-Aktivkohlefilter ("Hohlblocksteine") wurden dann aber als 4er-Satz aus China versendet. Es gibt inzwischen auch Lösungen einen Aufsatz zu drucken, in den etwas Aktivkohle aus dem Aquarienbedarf geschüttet wird (bpsw. hier). Ich nutze zur Zeit darin testweise gedrucktes Mesh [1] im Wechsel mit ein paar lockeren Lagen Aktivkohle. Ich neige dazu, den verfügbaren Platz in der Höhe besser zu nutzen und damit die durchströmte Fläche zu erhöhen, mal schauen, was daraus wird.


[1] Grundidee für das Mesh hier - im Prinzip auf dem Schmelzdrucker eine Platte drucken und die Boden- und Deckschichten auf 0, dafür eine Füllung, die dann das Gitter ergibt in Cura erzeugen.

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Aktivkohlefilter gibt es auch für Ab- bzw Umlufthauben. Vllt ist das eine preiswerte Alternative?
 

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Svies
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