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

Diese Frage haben sich viele Anwender des 3D-Drucks mit FDM-Technologie schon einmal gestellt.

Die meisten Desktop-FDM-3D-Drucker haben nur einen Extruder, so dass 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 mehrere Farben integrieren muss.

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

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

• Verwendung einer Laminiersoftware.
• Verwendung eines externen Geräts.

Verwendung einer Laminiersoftware

Die einfachste Methode ist die Verwendung der Lamination Software, um .gcode-Dateien zu generieren, die der Benutzer zum richtigen Zeitpunkt für den Wechsel des Druckerfilaments verwenden kann. Auf diese Weise können Teile mit verschiedenen Farben oder Materialien bedruckt werden.

In diesem Fall wird der Druck mit mehreren Farben auf volle Schichten beschränkt. Das bedeutet, dass jede isolierte Schicht eine einzige Farbe hat (es gibt nicht zwei Farben pro Schicht). Es ist sehr wichtig, diese Einschränkungen bei der Konstruktion des Stücks zu berücksichtigen.

Für diese Methode wird empfohlen, Ultimaker Cura zu verwenden, eine der beliebtesten kostenlosen Software heutzutage; obwohl es möglich ist, den Prozess mit anderer Laminiersoftware ohne Probleme durchzuführen.

1. Um zu beginnen, müssen Sie Ihr ausgewähltes Design in Ultimaker Cura importieren.
2. Nach dem Öffnen müssen Sie die Parameter entsprechend dem zu druckenden Material anpassen.
3. An dieser Stelle müssen Sie herausfinden, auf welcher Höhe oder in welcher Ebene Sie die Farbe/das Material ändern möchten.
4. Sobald diese Informationen vorliegen, rufen Sie Erweiterungen > Post Processing > Modify Gcode auf und drücken Sie Befehlssequenz hinzufügen > Pause at height.
5. Im Pop-up-Fenster müssen Sie eine Pause pro Schicht oder pro mm wählen. Je nach gewähltem Design ist es bequemer, den einen oder den anderen Befehl zu verwenden. In jedem Fall entspricht die Nummer, die wir in das Feld eintragen, der Schicht oder Höhe, in der der Filamentwechsel vorgenommen wird. Der Begriff Park Print Head X/Y bezieht sich auf die Koordinaten, auf die das Hotend zum Zeitpunkt der Unterbrechung ausgerichtet sein soll. Es wird empfohlen, die Koordinaten 0/0 (Home) zu verwenden, um den Filamentwechsel zu erleichtern. Zusätzlich müssen die Parameter Rückzug, Rückzugsgeschwindigkeit und Extrude Amount eingestellt werden. Die ersten beiden hängen vom verwendeten Material ab, während für die letzte Einstellung etwa 5 cm empfohlen werden; dies entspricht der Menge an Filament, die nach dem Filamentwechsel extrudiert werden muss, bevor der Druck fortgesetzt wird.

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

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

Verwendung eines externen Geräts

Die Software-Methode des Laminators hat bestimmte Einschränkungen und erfordert die Beteiligung des Anwenders während des Druckvorgangs, um das Material zu wechseln, d. h. es handelt sich nicht um einen automatischen Prozess.

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

Mosaic Palette basiert auf der Kombination von bis zu 4 Strängen in einer durchgehenden Schicht.

Um die Bedienung und Benutzerfreundlichkeit von Mosaic Palette 2 und Mosaic Palette 2 Pro zu erleichtern, hat Mosaic Manufacturing parallel dazu eine eigene Laminiersoftware entwickelt: Canvas.
Durch den Import eines Designs in Canvas können Bereiche mit unterschiedlichen Farben/Materialien einfach und intuitiv markiert und unterschieden werden, genau wie bei der Farbgebung. In dieser Software können Sie auch die Profile der verschiedenen Materialien erstellen, die Sie verwenden möchten.

Mosaic Palette 2 und Mosaic Palette 2 Pro erkennen und berechnen die Menge jedes Filaments jeder Farbe/jedes Materials, die in jeder Schicht verwendet werden muss.

Wie funktioniert das?

Zur Durchführung des Druckvorgangs verfügen Mosaic Palette 2 und Mosaic Palette Pro 2 über vier Filamenteingänge (jeweils mit eigenem Extruder und Filamentsensor).

Sobald das Filament in jeden Extruder eingespeist ist, wird es zum Schneidsystem geleitet, das aus einem Rotationsschneider besteht, der das Filament in die exakte Länge schneidet, die gemäß dem Canvas-Laminierungsprogramm erforderlich ist.

Nach dem Schneiden des Filaments wird das Material dank des Splice Core S, eines Widerstands, der die Materialien verbindet, mit dem fortzuführenden verbunden.

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

Wenn die Filamentstücke zusammengefügt werden, durchlaufen sie eine Kühlzone und durchlaufen das Scroll-Rad, ein Einstellrad, das einen korrekten Durchmesser entlang des gesamten Filaments gewährleistet.

Welche Materialien können Sie verwenden?

Mosaic Palette 2 und Mosaic Palette Pro 2 können dasselbe Material in bis zu 4 verschiedenen Farben verwenden, unterstützen aber auch verschiedene Kombinationen von Materialien.
Die folgende Tabelle zeigt einige der möglichen Materialkombinationen und deren Schwierigkeitsgrad. In einigen Fällen ist angegeben, dass die Materialkombination "experimentell" ist; das bedeutet, dass sie nicht immer erfolgreich durchgeführt werden kann, dass es aber Anwender gibt, die mit diesen Materialien erfolgreich Projekte gedruckt haben.

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

Unter diesen Ressourcen finden Sie empfohlene Konfigurationen für die Verbindung zwischen Litzen aus verschiedenen Materialien, vollständige Materialkompatibilitätstabellen oder die Lösung der häufigsten Probleme.

Sie sollten immer bedenken, dass die optimale Druckkonfiguration für jeden Drucker unterschiedlich ist, so dass die Werte, die Mosaic angibt, nur ein Richtwert sind. Wenn Sie eine gute Druckkonfiguration mit einem bestimmten Medium haben, empfiehlt es sich, diese Konfiguration zu verwenden, wenn Sie Stränge dieses Mediums kombinieren.

Ein weiterer Vorteil von Mosaic Palette 2 und Palette Pro 2 ist, dass sie das System des Machine Learning nutzen, um die Qualität der Drucke während der Benutzung zu verbessern. Dies wird durch ein Punktesystem erreicht, durch das die Maschine die Konfiguration der Drucke "lernt", denen wir die beste Punktzahl zuweisen.

Bild 4: 3D-gedruckte Teile mit einer 5-Sterne-Bewertung. Quelle: Mosaic .

Mosaic Palette hat auch einen Bereich auf der Plattform Thingiverse, wo sie regelmäßig Designs hochlädt, die an die Verwendung verschiedener Farben/Materialien mit Mosaic Palette angepasst sind.

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

Sowohl für die Endergebnisse als auch für den kostenlosen Service und die angebotenen Ressourcen sind Mosaic Palette 2 und Mosaic Palette Pro 2 eine sehr interessante Option für Anwender, die mit ihrem FDM-3D-Drucker mit einem Extruder mit mehreren Farben drucken oder mit dem 3D-Druck verschiedener Materialien experimentieren möchten.