Wie kann man in 3D mit mehreren Farben oder Materialien mit nur einem Extruder drucken?

Viele Benutzer von 3D-Druckern mit FDM-Technologie haben diese Frage irgendwann gestellt.

Die meisten Desktop FDM-3D-Drucker haben nur einen Extruder, sodass der Benutzer die Möglichkeit verliert, mehrere Filamente zu kombinieren; zum Beispiel beim Drucken komplexer Teile mit einem Konstruktionsfilament und einem Stützfilament oder wenn das Teil erfordert, mehrere Farben zu integrieren.

Bild 1: 3D-gedruckte Vase mit Fillamentum- und Mosaic Palette-Filamenten. Quelle: Fillamentum.

Um dieses Problem zu lösen, gibt es verschiedene Lösungen, die von den Bedürfnissen des Benutzers und der Komplexität des Teils abhängen. In diesem Artikel werden wir zwei davon erklären:

• Verwendung einer Laminierungssoftware.
• Verwendung eines externen Geräts.

Verwendung einer Laminierungssoftware

Die einfachste Methode besteht darin, die Laminierungssoftware zu verwenden, um .gcode-Dateien zu generieren, die der Benutzer zum richtigen Zeitpunkt ändern kann, um das Druckerfilament zu wechseln. Auf diese Weise können Teile in verschiedenen Farben oder Materialien gedruckt werden.

In diesem Fall wird der Mehrfarbdruck auf volle Schichten beschränkt sein. Das heißt, jede isolierte Schicht wird eine einzige Farbe sein (es wird keine zwei Farben pro Schicht geben). Es ist sehr wichtig, diese Einschränkungen bei der Gestaltung des Teils zu berücksichtigen.
Um diese Methode zu verwenden, wird empfohlen, Ultimaker Cura zu verwenden, eine der derzeit beliebtesten kostenlosen Software; obwohl es möglich ist, den Vorgang auch mit anderen Laminierungssoftware ohne Probleme durchzuführen.

1. Zunächst müssen Sie das gewählte Design in Ultimaker Cura importieren.
2. Sobald geöffnet, müssen Sie die Parameter entsprechend dem Material anpassen, das für den Druck des Teils verwendet werden soll.
3. An diesem Punkt müssen Sie herausfinden, in welcher Höhe oder in welcher Schicht Sie die Farbe/das Material ändern möchten.
4. Sobald diese Informationen vorliegen, gehen Sie zu Erweiterungen>Nachbearbeitung>GCode ändern und klicken Sie auf Befehlssequenz hinzufügen>Pause bei Höhe.
5. In dem Popup-Fenster müssen Sie eine Pause pro Schicht oder pro mm wählen. Je nach gewähltem Design ist es günstiger, einen Befehl oder den anderen zu verwenden. In jedem Fall entspricht die Zahl, die wir in das Feld eingeben, der Schicht oder Höhe, in der der Filamentwechsel erfolgen soll.
   
   Der Begriff Park Print Head X/Y bezieht sich auf die Koordinaten, zu denen der Hotend zum Zeitpunkt des Bruchs gerichtet werden soll. Es wird empfohlen, die Koordinaten 0/0 (Start) zu verwenden, um den Filamentwechsel zu erleichtern.
   
   Außerdem müssen die Rückzugparameter, die Rückzugsgeschwindigkeit und die Extrudermenge eingestellt werden. Die ersten beiden hängen vom verwendeten Material ab, während für die letzte empfohlen wird, etwa 5 cm einzustellen; was der Menge des Filaments entspricht, das nach dem Wechsel des Filaments extrudiert werden soll, bevor der Druck fortgesetzt wird.

Bild 2: Cure-Schnittstelle. Quelle: Ultimaker Cura.

Diese Methode wäre nicht geeignet für den Druck eines komplexen Teils, der Stützmaterial erfordert (ABS + PVA). Wenn verschiedene Materialien verwendet werden sollen, muss der Grad der Haftung zwischen ihnen berücksichtigt werden. Ist die Haftung nicht ausreichend, wird sich das Teil früher oder später in den Verbindungsschichten zwischen den Materialien trennen.

Verwendung eines externen Geräts

Die Methode der Laminiersoftware hat bestimmte Einschränkungen und erfordert die Beteiligung des Benutzers während des Druckvorgangs, um das Material zu wechseln; es ist kein automatischer Vorgang.

Um dieses Problem zu lösen, hat Mosaic Manufacturing ein Gerät entwickelt, das den Druck mit bis zu 4 verschiedenen Farben oder Materialien ermöglicht: Mosaic Palette. In diesem Fall ist es möglich, bis zu 4 verschiedene Farben oder Materialien in derselben Schicht zu verwenden.

Mosaic Palette basiert auf der Kombination von bis zu 8 Strängen in einem kontinuierlichen.

Zur Vereinfachung des Betriebs und der Benutzerfreundlichkeit von Mosaic Palette 3 und Mosaic Palette 3 Pro hat Mosaic Manufacturing parallel dazu seine eigene Laminiersoftware entwickelt: Canvas.

Durch Importieren eines Designs in Canvas können Bereiche unterschiedlicher Farben/Materialien leicht und intuitiv markiert und differenziert werden, ganz wie beim Ausmalen. In dieser Software können Sie auch die Profile der verschiedenen Materialien erstellen, die Sie verwenden möchten.

Mosaic Palette 3 und Mosaic Palette 3 Pro erkennen und berechnen die Menge jedes Filaments jeder Farbe/Material, das in jeder Schicht verwendet werden muss.

Wie funktioniert es?

Um den Druckvorgang durchzuführen, haben Mosaic Palette 3 vier Filamenteingänge, und Mosaic Palette 3 Pro haben acht Filamenteingänge (jeder mit seinem eigenen Extruder und Filamentsensor).

Sobald das Filament in jeden Extruder eingeführt ist, wird es zum Schnittsystem geleitet, das aus einem rotierenden Schneider besteht, der das Filament auf die exakte Länge schneidet, die gemäß dem Laminierprogramm von Canvas erforderlich ist.

Nachdem das Filament geschnitten ist, wird das Material an dasjenige angefügt, das fortgesetzt werden soll, dank des Splice Core, einem Widerstand, der die Materialien verbindet.

Bild 3: Verbindung zwischen zwei Filamenten. Quelle: Mosaic.

Wenn die Filamentstücke verbunden sind, durchlaufen sie eine Kühlzone und werden durch das Scrollrad geführt, ein Einstellrad, das einen korrekten Durchmesser entlang des gesamten Filaments gewährleistet.

Welche Materialien können Sie verwenden?

Mosaic Palette 3 und Mosaic Palette 3 Pro können dasselbe Material in bis zu 8 verschiedenen Farben verwenden, ermöglichen aber auch verschiedene Kombinationen von Materialien.

In der folgenden Tabelle sind einige der möglichen Materialkombinationen und ihre Schwierigkeitsgrade aufgeführt. In einigen Fällen wird angegeben, dass die Kombination von Materialien "Experimentell" ist; dies bedeutet, dass sie nicht immer erfolgreich durchgeführt werden kann, aber dass es Benutzer gibt, die Projekte erfolgreich mit diesen Materialien gedruckt haben.

Zusätzlich stellt Mosaic eine Vielzahl von Informationen und Ressourcen im Supportbereich seiner Website zur Verfügung.

Unter diesen Ressourcen finden Sie empfohlene Konfigurationen zum Verbinden verschiedener Materialstränge, vollständige Materialkompatibilitätsdiagramme oder die Lösung der häufigsten Probleme.

Denken Sie immer daran, dass die optimale Druckkonfiguration für jeden Drucker unterschiedlich ist. Daher dienen die von Mosaic geteilten Werte nur als Leitfaden. Wenn Sie eine gute Druckkonfiguration mit einem bestimmten Medium haben, wird empfohlen, diese Konfiguration zu verwenden, wenn Sie Stränge dieses Mediums kombinieren.

Mosaic Palette hat auch einen Platz auf der Thingiverse-Plattform, auf der es regelmäßig Designs hochlädt, die für die Verwendung verschiedener Farben/Materialien mit Mosaic Palette angepasst wurden.

Bild 5: Design geeignet zum kostenlosen Download. Quelle: Thingiverse.

Sowohl für die Endergebnisse als auch für den kostenlosen Service und die angebotenen Ressourcen sind Mosaic Palette 3 und Mosaic Palette 3 Pro eine sehr interessante Option für Benutzer, die mit mehreren Farben drucken möchten oder mit dem 3D-Druck mehrerer Materialien mit ihren FDM-3D-Druckern mit einem einzelnen Extruder experimentieren möchten.