3D-Druck-Schule-Cura

3D-Druck in der Schule – eine Anleitung für Lehrer und Schüler

In Bearbeitung!

Beim 3D-Druck in der Schule wird häufig die kostenlose Software „CURA“ verwendet. Es handelt sich um eine sogenannte „Slicing-Software“, die 3D-Objekte für den jeweils genutzten 3D-Drucker aufbereitet. Die Open-Source-Anwendung wird von der Firma „Ultimaker“ weiterentwickelt und ist die bevorzugte 3D-Drucksoftware für Ultimaker 3D-Drucker. Die Software wird jedoch auch für jegliche andere 3D-Drucker verwendet. Weltweit gibt es über eine Million Nutzer von Cura.

Aufgrund der starken Verbreitung ist Cura auch für Schulmanagementsysteme wie iServ als Softwarepaket verfügbar. Es besitzt eine übersichtliche Bedienoberfläche, in der permanent eine Vorschau des zu druckendes 3D-Objekts angezeigt wird. Das Objekt kann dann mit einer Vielzahl von Modulen bearbeitet werden. So kann bspw. die Größe skaliert, die Fülldichte variiert, die Qualität und das Muster der Oberfläche eingestellt werden.

Es können Voreinstellungen gespeichert und abgerufen werden, wie bspw. die Art und Dicke des Filaments, die Drucktemperatur, die Temperatur des Druckbettes oder die Druckgeschwindigkeit.

Alle typischen Datentypen von 3D-Objekten können von Cura direkt geöffnet und verarbeitet werden, die z.B. .gcode, .STL oder .OBJ Dateien.

Darüber hinaus gibt es noch ein paar nette Features, wie die Anzeige der annähernden Druckdauer und der Druckkosten.

Wie Schüler in der Schule mit CURA arbeiten können, möchten wir an einem Beispiel zeigen.

Der Ablauf sieht dazu folgendermaßen aus:

1) Daten des 3D-Druckers zusammenstellen

2) Einstellungen des jeweiligen 3D-Druckers in CURA übertragen

3) Ein 3D-Objekt laden

4) 3D-Druck starten und überwachen

1. Daten des 3D-Druckers zusammenstellen

Je nachdem, welcher 3D-Drucker verwendet wird, müssen einige wenige Informationen gesammelt werden, die dann in CURA hinterlegt werden müssen, damit der Ausdruck eines 3D-Objekts erfolgreich wird. Diese Daten sind:
Wie groß ist der Bauraum des Druckers?
Darum ist das wichtig: Drucker können groß und klein sein. Daher muss in der Software Cura für jeden Drucker eingestellt werden, wie groß das zu Druckende Objekt maximal sein darf.
Welches Material (Filament) wird verwendet?
Darum ist das wichtig: Es gibt sehr viele Verschiedene Kunststoffe und Farben, die mit 3D-Druckern verarbeitet werden können. Zum Beispiel PLA, ABS, PETG, Nylon (PA), PC, HIPS, PP, TPU und TPE (Flexibel) usw. Jedes Material hat seine ganz eigenen Eigenschaften. Je nachdem, welchen Zweck das ausgedruckte Modell erfüllen soll, muss man sich für das passende Material entscheiden. Für die Schule bietet sich aus diversen Gründen das Material PLA an. Es ist günstig, lässt sich sehr leicht verarbeiten und hat kaum schädliche Emissionen. 
Welchen Durchmesser hat das Filament?
Darum ist das wichtig: Es gibt derzeit nur zwei verschiedene Materialstärken, 1.75mm und 2.85mm Durchmesser. Wobei das 2.85mm Filament kaum noch von neueren 3D-Druckern verwendet wird, abgesehen von Druckern der Marke Ultimaker. Bei dem dickeren Filament muss der Vorschub-Motor (Extruder) das Filament wesentlich langsamer vorschieben, als beim 1.75mm Filament, um die gleiche Menge an Kunststoff zu schmelzen. Daher muss dieser Wert in der Software richtig angegeben werden.
Welchen Durchmesser hat die Druckdüse?
Darum ist das wichtig: Je nach Düsendurchmesser berechnet Cura die Menge des Kunststoffes, welches für den Druck des 3D-Objektes geschmolzen und extrudiert werden muss.
Mit welcher Temperatur soll gedruckt werden (Je nach Material kann die Drucktemperaut unterschiedlich sein. Eine Empfehlung für die Drucktemperatur steht häufig auf der Filamentrolle)?
Darum ist das wichtig: Jedes Material und teilweise sogar verschiedene Farben eines Materials haben eine eigene optimale Drucktemperatur. Ist die Temperatur zu niedrig eingestellt, könnte es sein, dass zu wenig Material extrudiert wird, oder dass die einzelnen Schichten nicht optimal aneinander haften. Eine zu hohe Temperatur führt dazu, dass zu viel Material aus der Düse läuft. Dabei entstehen kleine Fäden, die nach dem Ausdruck entfernt werden müssen.
Gibt es ein beheiztes Druckbett und welche Temperatur soll es haben?
Darum ist das wichtig: Ein beheiztes Druckbett verbessert die Haftung des 3D-Objekts an der Druckplatte. Die Temperatur verhindert, dass sich durch die Auskühlung des gedruckten Kunststoffes das gedruckte Objekt zusammenzieht. Ein Zusammenziehen des Kunststoffes könnte neben der Verformung ein Ablösen des Objekts von der Druckplatte zur Folge haben. Der Druck wäre damit nicht erfolgreich.
Welche Schichtdicke soll verwendet werden?
Darum ist das wichtig: Je dünner die Schicht ist, desto qualitativ hochwertiger und feiner strukturiert wird der Ausdruck sein. Jedoch ist davon auch sehr stark die Dauer des Druckes abhängig. Halbe Schichtdicke = Doppelte Druckzeit. Die Schichtdicke darf nicht höher sein, als der Düsendurchmesser.
Welche Technik zur Druckplattenhaftung wird verwendet?
Darum ist das wichtig: Die Haftung des 3D-Objekts am Druckbett ist das wichtigste Kriterium für einen erfolgreichen Druck. Sollte sich das Objekt während des Druckvorgangs von der Druckplatte ablösen, muss der Druck abgebrochen werden, da das Objekt nicht mehr wie geplant entstehen kann. Neben den Einstellungen am Drucker (Entfernung zwischen Druckbett und Druckdüse und Temperatur der Druckplatte) können in der Software CURA weitere Einstellungen zur Verbesserung der Druckplattenhaftung vorgenommen werden. Diese heißen Skirt, Brim und Raft. Skirt druckt lediglich vor dem Ausdruck die Düse frei um beim Start des eigentlichen Objekts direkt mit einer sauberen Schicht zu starten. Brim druckt einen wenige Millimeter breiten Rahmen um das 3D-Objekt, um das Objekt damit an das Druckbett zu „kleben“. Raft druckt unter das 3D-Objekt ganzflächig ein Raster, um für eine gute Haftung des 3D-Objektes zu sorgen.

In diesem Beispiel haben wir folgende Daten gesammelt:
Wie groß ist der Bauraum des Druckers? 120mm x 120mm x 120mm
Welches Material (Filament) wird verwendet? PLA
Welchen Durchmesser hat das Filament? 1.75mm
Welchen Durchmesser hat die Druckdüse? 0.4mm
Mit welcher Temperatur soll gedruckt werden? 205°C
Gibt es ein beheiztes Druckbett und welche Temperatur soll es haben? 60°C
Welche Schichtdicke soll verwendet werden? 0.2mm
Welche Technik zur Druckplattenhaftung wird verwendet? Skirt

2. Einstellungen des jeweiligen 3D-Druckers in CURA übertragen

1.Software „CURA“ starten

Es öffnet sich bei dem ersten Start des Programms ein Fenster, in dem ein Drucker ausgewählt, oder manuell eingetragen werden soll. Wenn der zu verwendende 3D-Drucker nicht in einer der Listen auftaucht, muss man diesen selber eintragen.

2. „Custom FDM Printer“ auswählen.

3. Im Textfeld „Printer Name“ gibt man für den jeweiligen 3D-Drucker einen beliebigen Namen ein.

4. Im nächsten Fenster werden die allgemeinen Daten des Druckers eingetragen. Wichtig sind hier nur die Daten oben links im Menü „Printer Settings“. Bei „X“ (Breite), „Y“ (Tiefe) und „Z“ (Höhe) gibt man die Größe das Bauraumes an. Außerdem muss ein Haken bei „Heated Bed“ gesetzt werden, wenn der Drucker über ein beheiztes Druckbett verfügt. Die Druckbettform muss entweder als rechteckig (Rectangular) oder Rund/Oval (Elliptic) angegeben werden.

5. Die Software wird nach den Geräteeinstellungen im „Vollbild“ angezeigt. Im rechten Bereich müssen die Einstellungen für den aktuellen Druck vorgenommen werden. Um alle Einstellungen sehen zu können, muss im Bereich „Druckeinrichtung“ die Schaltfläche „Benutzerdefiniert“ angeklickt werden.

Hier werden für unser Beispiel folgende Einstellungen vorgenommen:

Qualität:

Schichtducke: 0.2mm

Material:

Drucktemperatur: 205°C

Build Plate Temperature: 60°C

Durchmesser: 1.75mm

Geschwindigkeit:

Print Speed: 80mm

Travel Speed: 80mm

Druckplattenhaftung:

Druckplattenhaftungstyp: Skirt

 

3. Ein 3D-Objekt laden

Wenn alle Grundeinstellungen vorgenommen wurden, kann das 3D-Objekt in CURA geladen werden. Dazu klickt man auf das Ordner-Symbol, oder man schiebt das 3D-Objekt per drag&drop in den Arbeitsbereich von CURA.

Wenn man die Druckeinstellungen in dem Menü auf der rechten Seite geprüft hat, kann das Objekt „gesliced“, also für den Druck vorbereitet werden.

Im Anschluss muss das Objekt für den 3D-Drucker auf einer Speicherkarte (meistens Micro-SD) gespeichert werden. Sobald ein Wechseldatenträger, wie eine SD-Karte am PC angeschlossen wurde, verändert sich automatisch die Schaltfläche unter den Druckeinstellungen von „Speichern in Datei“ in „Speichern auf Wechseldatenträger“

4. 3D-Druck starten und überwachen