3D Druck Basics:

In 9 Schritten zur perfekten ersten Schicht

Kein 3D Druck ist zu 100 Prozent vorhersehbar. Dennoch gibt es Wege, um die Anzahl an Überraschungen zu reduzieren. Besonders wichtig hierbei ist die erste Schicht eines 3D Drucks – auf ihr baut das gesamte Bauteil auf. Haftet die erste Schicht nicht gut am Druckbett oder wird unvollständig aufgetragen, ist die Gefahr hoch, dass sich das restliche Modell verschiebt und fehlerbehaftet fertig gestellt wird.

In nur 9 Schritten kannst du vorab für optimale Voraussetzungen für den Druck eben dieser ersten Schicht und somit deines gesamten Bauteils sorgen:

Schritt 1: Prüfe, ob das Filament richtig gefördert wird

Meist ist ein kleines Zahnrad der Arbeiter im 3D Drucker, der das Filament Richtung Nozzle (Druckdüse) befördert. Seine Zähne greifen in das Kunststoff und transportieren es durch den Extruder. Dieser Vorgang soll möglichst reibungslos verlaufen, um stetigen Nachschub an Filament für den Druck zu gewährleisten.

Was kann schief gehen?

Kaufst du günstiges und/oder qualitativ minderwertiges Filament, variiert der Durchmesser des Materials teilweise um bis zu 1,5 mm. Das führt dazu, dass die Zähne des Zahnrads das Material angreifen – so entstehen eventuell Kunststoff-Späne, die den Förderungs-Prozess blockieren können.

Ein anderes Szenario besteht darin, dass die Zähne am Rädchen das Filament soweit zerpflücken, dass die Führung nicht mehr greift. Die Folge ist, dass die Förderung des Filaments stark beeinträchtigt ist.

Was kannst du vorab tun?

Prüfe den Durchmesser deines Filaments. Bei gutem Filament liegen die Abweichungen unter 0,1 mm.

Schritt 2: Ist der Extruder frei und unverstopft?

Es versteht sich wohl von selbst, dass der Extruder für einen guten 3D Druck und eine perfekte erste Schicht frei von Verstopfungen sein muss.

Allerdings kann unbemerkt ein Fremdkörper die Düse verstopfen, beispielsweise abgekühltes Material vom vorherigen Druck.

Eine Möglichkeit, um zu überprüfen ob der Extruder frei von Fremdkörpern ist – und zwar bevor dein Bauteil Fehler abbekommt – ist die Verwendung eines Skirts. Ein Skirt kannst du über deine Slicer-Software einstellen. Er bewirkt, dass der 3D Drucker einen Kreis beschreibt und erst danach mit dem eigentlichen Druck des Bauteils anfängt.

Für den Extruder heißt das:

Ist der Skirt gut, dann ist die Nozzle nicht verstopft. Ist der Skirt schlecht, brich den Druck ab und versuche folgendes: Ein Ausbau und anschließendes Zerlegen des Extruders ist möglicherweise sinnvoll. Je nach Drucker Modell wird diese Aufgabe unterschiedlich sein. Suche dir hierzu ein gutes Tutorial-Video oder eine Anleitung vom Hersteller.

Schritt 3: Fließt das Filament gleichmäßig aus dem Extruder?

Damit deine erste Schicht regelmäßig aufgetragen wird, überprüfst du am besten, ob von Anfang an Material aus dem Extruder kommt.

Hintergrund ist, dass es besonders zu Beginn des Drucks zu einer Unterversorgung mit Material kommen kann. Auslöser ist, wenn entweder der Extruder vor dem Druck vorheizt, oder der Extruder nach dem vorangegangenen Druck nur langsam abgekühlt ist. Beides lässt das Filament in der Düse frühzeitig flüssig werden, was zum sog. Oozing führt. Hierbei läuft der Kunststoff aus, noch bevor der Druck begonnen hat.

Startet der Druck dann, kommt aus der Düse kein Filament. Erst wenn neues Filament durch den Extruder gefördert und durch das Heizelement hindurch verflüssigt wird, kann eine Schicht aufgetragen werden. Bis es allerdings soweit ist, kann es einige Augenblicke dauern. Dieses Problem nennt sich Unter-Extrusion und bewirkt, dass deine kostbare erste Schicht Lücken hat.

Vorzubeugen leicht gemacht

Wichtig ist, dass die Düse mit Material gefüllt ist, sobald sie mit der ersten Schicht deines 3D Modells beginnt. Eine Möglichkeit das zu bewerkstelligen ist, einen Skirt in der Slicer Software einzustellen. Diese Methode erlaubt dir, vor Beginn des Drucks mögliche weitere Probleme zu erkennen, weswegen ich dir diese Variante nahe legen möchte.

Alternativ kannst du das Bedienteil deines 3D Druckers zur Steuerung der Zufuhr zur Düse verwenden. Verfügt dein 3D Drucker über einen frei beweglichen Feeder, kannst du auch manuell Material zuführen, ohne dass dein Gerät auf Dauer Schaden davonträgt.

Unter-Extrusion kann generell auch durch das Druckbett verursacht werden, deshalb überprüfe, ob die Schienen oder Lager auf der Z-Achse nicht verformt, verunreinigt oder in zu hohem Maße geölt sind, bevor du deinen Druck startest. Alternativ kann das Druckbett auch nicht richtig ausgerichtet sein, darum:

Schritt 4: Das Druckbett korrekt ausrichten

Ein mangelhaft ausgerichtetes Druckbett kann zu einer Vielzahl von lästigen Problemen führen. Ist deine Druckplatte schief, wird deine Düse an der einen Seite zu nah sein – die Düse quasi verstopft und liefert zu wenig oder gar kein Material, siehe auch Schritt 6 – und an der anderen Seite ist die Nozzle dann zu weit weg. Oft leidet unter anderem die Haftung des Filaments. Dabei ist die Haftung das A und O für eine perfekte erste Schicht und somit für dein gesamtes Bauteil.

Verfügt dein 3D Drucker über ein verstellbares Druckbett? Dann ist es sicherlich eine lohnende Sachen, hin und wieder zu überprüfen, ob es korrekt ausgerichtet ist. Eine entsprechende Adjustierung spart nicht nur Zeit und Filament, sondern auch jede Menge Nerven.

So geht’s: der 3D Drucker hat eine eigene Nivellierungs-Funktion. Klicke dich durch das Drucker-Menü und folge den Anweisungen auf dem Display.

Schritt 5: Mehr Gripp durch sauberes Druckbett

Befreie in diesem Schritt deine Druckerplatte von Staubpatikeln und anderen Substanzen, die eine optimale Haftung deiner ersten Schicht auf der Platte behindern könnten. Nimm für die Reinigung am besten sauberes Wasser oder ein trockenes Tuch. Solltest du “härteres” verwenden wollen – wie Spiritus – dann prüfe vorher in der Beschreibung, ob dein Druckbett das auch aushält. 

Wenn das Druckbett gesäubert ist, du aber verstärkt Probleme mit der Haftung hast, kannst du dir Beschichtungen überlegen, beispielsweise Klebebänder (hier gibt’s verschiedene, Scotch Blue Tape für PLA und Kapton-Klebeband für ABS), vorübergehender Leim oder Spray für die Druckbettoberseite. Wichtig: Falls du ein Spray verwenden möchtest, besprühe deine Druckerplatte in sicherem Abstand von deinem 3D Drucker, um die essentiellen Teile deines Druckers nicht zu verschmutzen oder gar zu beschädigen.

Wir benutzen beispielsweise das Dauerdruckbett “Filaprint” von Filafarm. Es eignet sich sowohl für PLA als auch für ABS und noch allerlei Materialien mehr (könnt ihr auf der entsprechenden Seite nachlesen, die ich euch verlinkt habe). Filaprint ist beheizbar, wodurch eine bessere Haftung erzielt wird. Nach dem Abkühlen lösen sich die Drucke auch gut wieder ab. Die Beschichtung nennt der Hersteller “hauchdünne hitzeresistente Transferklebeschicht” und wir haben damit sehr gute Erfahrungen gemacht.

Schritt 6: Abstand Nozzle zu Druckbett ist korrekt eingestellt

Damit das Filament gleichmäßig auf dein nun präpariertes Druckbett aufgetragen wird, muss der Abstand zwischen Nozzle und Druckplatte stimmen.

Ist er zu groß, so haftet das Filament nicht auf der Druckplatte. Ist der Abstand zu gering, so fließt das Filament nicht in ausreichender Menge heraus – die Düse verhält sich als sei sie verstopft. Während der Drucker dann die erste Schicht auftragen will, kommt kein Material heraus. Erst wenn sich die Düse vom Druckbrett entfernt – also erst ein paar Schichten später – kann genügend Filament fließen. Eine perfekte erste Schicht sieht anders aus und noch dazu leidet dein Druckbett, da die Nozzle darüber kratzt. 

Abhilfe bietet eine regelmäßige Skalierung des Abstands zwischen Düse und Druckbett

Das Prozedere ist nicht für jeden neuen Druck nötig, aber gerade vor größeren Projekten solltest du dir die Zeit nehmen, um sicher zu stellen, dass hier keine Probleme auftreten. Korrekt einstellen lässt sich der Abstand entweder durch ein automatisches Programm deines 3D-Druckers (nur bei bestimmten Modellen).

Wer einen 3D Drucker ohne diese Funktion hat, kennt vielleicht die Praxis, ein Stück Papier zwischen Nozzle und Druckbett hindurchzuschieben und den Abstand so einzustellen, dass das Papier gerade noch heraus gezogen werden kann. Praktisch, weil wer hat denn nicht schnell ein Stück Papier zur Hand? Allerdings ist Papier nicht gleich Papier und die Stärke variiert.

Je besser das Werkzeug, umso genauer das Ergebnis

Um ein zuverlässiges Messinstrument zu haben, ist eine Fühlerlehre eine Überlegung wert. Eine Fühlerlehre ist aus Metall und in unterschiedlichen Stärken zu haben – passend zu deinem 3D Drucker Modell und der Nozzle Größe. Diese wird dann wie das Papier zwischen Nozzle und Druckbett hindurchgeschoben und erlaubt eine Kalibrierung auf bis zu 0,05 mm. Da eine Schicht im 3D Druck normalerweise 0,2 mm Stärke hat, kannst du den Abstand ausreichend genau einstellen.

Für unser Druckbett empfiehlt der Hersteller zum Beispiel, mit einer Druckhöhe von 0,3-0,5 mm anzufangen und sich dann in 0,05 mm Schritten an die optimale Höhe heranzutasten.

Schritt 7: Geschwindigkeit für erste Schicht einstellen

Die erste Schicht soll zuverlässig auf der Druckplatte haften. Um diese Haftung einwandfrei zu erhalten, ist es üblich, die erste Schicht in einer geringeren Geschwindigkeit zu drucken als das restliche Bauteil.

Denn wird die erste Schicht in der gleichen Geschwindigkeit aufgetragen wie das restliche Modell, kann es passieren, dass sie nicht ordentlich an der Druckplatte haftet und das Bauteil Verschiebungen bekommt.

Der Schlüssel ist die Slicer-Software

Kannst du mit deiner Slicer-Software nur eine Geschwindigkeit für alle Schichten festlegen, sollte die Geschwindigkeit für die erste Schicht richtungsweisend sein. Das erhöht zwar die Dauer deines Drucks und die Zeit bis dein Bauteil fertig ist. Gleichzeitig ist das aber immer noch besser als ein fehlerhaftes Teil zu erhalten und von vorne anfangen zu müssen.

Verwendest du eine Slicer-Software, die es dir erlaubt die Geschwindigkeit der ersten Schicht unabhängig vom Rest des Bauteils zu regeln, dann kannst du diese prozentual zur Standardgeschwindigkeit drosseln. Je nach Bauteil und Druckermodell kannst du dann diesen Wert anzupassen.

Schritt 8: Temperatur und Kühlung anpassen

Egal welches Material du für den 3D Druck verwendest, auf die eine oder andere Art wird dein Bauteil eines tun: schrumpfen. Typisch für Kunststoff, das nach dem Erhitzen abkühlt, variiert der Grad des Schrumpfens, oder “Shrinking” je nach Material und Abkühlgeschwindigkeit. Es empfiehlt sich, die Angaben des Herstellers und die jeweiligen Materialeigenschaften zu berücksichtigen.

Generell gilt jedoch, bei gemächlicherer Abkühlung kann das Shrinking in Grenzen gehalten werden. Hierzu ist die Verwendung einer beheizbaren Druckplatte sinnvoll, die den Abkühlvorgang verlangsamt. Das ist besonders interessant für die erste Schicht, die eben auch als erstes abkühlt und schrumpft.

Mit Shrinking noch nicht genug

Wenngleich das Shrinking reduziert werden kann, ganz wird es nicht zu verhindern sein. Das führt dazu, dass sich das Bauteil beim Abkühlen von der Druckplatte lösen kann. Hier spricht man vom “Warping”. Hast du zuvor erwähntes beheizbares Druckbett, kannst du es so einstellen, dass dein Filament besonders “gerne” haften bleibt und somit Warping seltener auftritt.

Konkrete Werte sind für PLA 60-70 °C und für ABS 100-120°C. Unterstützend kannst du das Kühlgebläse deines 3D Druckers entweder nur für die erste Schicht oder für den kompletten Druck ausschalten, damit die entsprechende Temperatur gehalten werden kann.

Schritt 9: Beim Drucken von kleinen Objekten

Kleine Objekte haben es mit der Haftung der ersten Schicht besonders schwer. Grundlegende Physik sagt uns: weniger Oberfläche ist gleich weniger Haftung. Will es gar nicht klappen mit der ersten Schicht, bleibt ein letztes Notfallmittel (oder zwei): Brim und Raft.

Brim bedeutet eine Art Hutkrempe für das 3D Modell zu basteln, also eine Wulst um das Bauteil herum, damit es mehr Oberfläche und dadurch mehr Haftung erhält.

Ein Raft ist direkt übersetzt ein Floß, eine Platte. Praktisch umgesetzt ist es eine Art Podest, das unterhalb des eigentlichen Bauteils gedruckt wird, um die Haftung zu verbessern. Sieht nicht unbedingt gut aus, aber der Druck funktioniert.

Und jetzt?

Hast du alle 9 Schritte befolgt, hast du optimale Voraussetzungen für eine perfekte erste Schicht geschaffen!

Falls du ein konkretes, wiederkehrendes Problem hast, das wir nicht abgedeckt haben, schau dir den Beitrag von just3dp an, hier werden 16 typische Probleme beim 3D Druck samt Lösungsmöglichkeiten beschrieben. 

Erzähl uns gern in den Kommentaren, welche Erfahrungen du mit dieser Vorgehensweise gemacht hast. Wie waren deine Druck-Ergebnisse?

Carolin ist verantwortlich für das Marketing bei Scoobe3D. Sie mag es, schwierige, technische Themen einfach darzustellen und hat hier über mehrere Jahre Erfahrung gesammelt. Am liebsten isst sie Eis und Schokolade.

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