3D – Drucken mit ZPrinter 450 - HTL 1

3D – Drucken
mit
ZPrinter ® 450
ZPrint TM 7.6
ZEdit TM 3.20
Arbeitsbehelf und Kurzreferenz
von
Alfried Jusner
© September 2009
HTL1 Klagenfurt – Lastenstrasse, Lastenstrasse 1
ZPrint TM , ZEdit TM und ZPrinter ® sind eingetragene Warenzeichen der Z Corporation
Dieser Arbeitsbehelf ist eine knapp gefasste Einführung in das Erzeugen geeigneter STL- oder VRML-Dateien von
Bauteilen und Baugruppen zum Ausdrucken mit dem 3D-Drucker ZPrinter ® 450. Auch die wichtigsten Funktionen der
Programme ZPrint TM und ZEdit TM werden kurz erläutert. Alle Funktionen beider Programme werden in der Online-
Dokumentation und der vorhandenen schriftliche Dokumentation (PDF-Dateien) ausführlich beschrieben.
Der Arbeitsbehelf richtet sich an Benutzer, die schon Erfahrung mit Pro/ENGINEER gesammelt haben und ein
kurzgefasstes Nachschlagewerk ( Kurzreferenz ) für die tägliche Arbeit benötigen.
Seite
1. Modellierungshinweise für Pro/ENGINEER 2
1.1. Einzelbauteile (Komponenten) mit Schnittstellenmaßen 2
1.2. Gussmodell und Fertigteil (Bauteil mit Familientabelle) 3
2. Erzeugen von STL- und VRML-Dateien 4
2.1. Erzeugen von STL-Dateien 4
2.2. Erzeugen von VRML-Dateien 5
3. 3D-Druck-Datei für ZPrinter ® erzeugen 6
3.1. Bauteile mit ZPrint TM im Bauraum anordnen 6
3.2. 3D-Druck mit ZPrint TM kontrollieren 8
4. Bauteile mit ZPrinter ® 450 drucken 10

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1. MODELLIERUNGSHINWEISE für Pro/ENGINEER
Die einfachste Möglichkeit besteht darin, einzelne Bauteile oder eine gesamte Baugruppe als STLoder
VRML-Dateien abzuspeichern und dann mit dem 3D-Drucker auszudrucken. Die gesamte
Baugruppe ist dann ein fixer Block, dessen Bauteile nicht demontiert (getrennt) werden können.
Dieser Weg ist für Rapid Prototyping Konzept-Modelle oft ausreichend.
Soll bei Rapid Prototyping Funktions-Modellen auch der Zusammenbau der Konstruktion oder
ihre Funktionsweise demonstriert werden können, muss man bei der Modellierung der Bauteile
(Komponenten) auf "Schnittstellenmaße" achten. Um den Zusammenbau zu erleichtern müssen
Innenmaße geringfügig kleiner und Außenmaße geringfügig größer ausgeführt werden.
Definiert man bei Rapid Prototyping Gussmodellen auch Formschrägen und Schwindmaße kann
man mit dem 3D-Drucker auch Modelle zur Herstellung von Gussrohlingen (Sandguss, etc.)
erzeugen.
1.1. Einzelbauteile (Komponenten) mit Schnittstellenmaßen
Die Bauteile werden auf übliche Art modelliert (Top-Down oder Bottom-Up) und die erforderlichen
Toleranzen (Bemaßungstoleranzen und geometrischen Toleranzen) angeben.
Um den Zusammenbau zu erleichtern werden "Schnittstellenmaße" mit einem STL-
Korrekturwert versehen:
Zuerst erzeugt man einen Parameter STL und weist ihm als Standardwert 0.0 zu. Mit STL = 0.0
hat der Bauteil seine Sollmaße für die Zeichnungsableitung oder CNC-Fertigung. Vor der
Erzeugung von 3D-Druck-Dateien (STL oder VRML) wird STL auf einen passenden Wert (0.1 bis
0.25 mm) gesetzt.
Beispiel:
Welle mit Passfedernut
d20+STL
Nabe mit Passfedernut
d23+STL
d13-STL
d15+STL
Nennmaß
Beziehung für korrigiertes Maß
Innenmaße: + STL Ø40 d15 = 40.00 + STL
Außenmaße: - STL Ø40 d13 = 40.00 – STL
Fügt man beim Editieren einer Bemaßung +/- STL hinzu, wird automatisch eine Beziehung erzeugt.
Der Korrekturfaktor STL wird entweder in beiden Bauteilen oder nur in einem Bauteil auf den
gewünschten Wert gesetzt.
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Beispiele für sinnvolle STL-Dateibezeichnungen:
STL-Korrekturwert für Bauteile:
0.1 mm
STL-Dateien können als ASCII-Dateien oder als Binär-Dateien exportiert werden (siehe Kap.2.).
STL-Wert = 0.0 STL-Wert = 0.1
ASCII-Dateien: aw_ritzel_00A.stl aw_ritzel_01A.stl
Binär-Dateien: aw_ritzel_00B.stl aw_ritzel_01B.stl
1.2. Gussmodell und Fertigteil (Bauteil mit Familientabelle)
Damit der Gussrohling wieder der Form entnommen werden kann, muss er mit passenden
Formschrägen (Entformungsschrägen) versehen sein und auch die Formteilung genau überlegt
werden. Damit der Gussrohling die gewünschten Maße erreicht, muss das Gussmodell um die
Schwindung größer ausgeführt werden. Als Schwindung bezeichnet man die während der
Abkühlung der Schmelze und der anschließenden Erstarrung auftretenden Volumskontraktionen.
Das Schwindmaß hängt dabei vom verwendeten Gusswerkstoff ab (0.5 bis 2.5 %).
Eine fertigungsgerechte Modellierung von Gussmodellen erfordert entsprechende
gießereitechnische Erfahrung oder gusstechnische Beratung und kann i.a. nur durch enge
Zusammenarbeit zwischen Konstrukteur und Gießer erreicht werden.
Da der Gussrohling danach meistens spanabhebend fertigbearbeitet wird, muss man sowohl das
Gussmodell als auch den Fertigteil in Pro/ENGINEER modellieren. Eine gute Möglichkeit bietet
dazu die Verwendung einer Familientabelle im Pro/ENGINEER-Bauteil.
1) Gussrohling mit Sollmaßen konstruieren.
2) Formteilung überlegen, Formschrägen definieren
(Schrägen-Tool ).
3) Mit PDM: Editieren > Einstellung > Schwindung
gewünschte Schwindung definieren: Formel und Koord-
System wählen, Schwindungsfaktor eingeben ( 0.02 = 2% ).
4) Durch Formschrägen müssen in der Zeichnung einige
Radien als Notizen mit Hinweislinie erzeugt werden (z.B.
R&d29 ), da sie nicht anzeigbar sind…
5) Familientabelle erzeugen: gesteuert werden KEs:
Variante 1: Gussrohling mit KE Schwindung
Variante 2: Fertigteil mit allen KEs zur Fertigbearbeitung
ohne KE Schwindung
Variante 3: Fertigteil mit STL-Korrektur (falls auch ein
Rapid Prototyping Funktions-Modell erzeugt
werden soll)
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Beispiel: Familientabelle für ein Lagergehäuse
Formschräg
en
Bearbeitungszuga
be
Variante 1: AW_Lagergehaeuse_GUSS
Gussmodell des Lagergehäuses
Variante 2: AW_Lagergehaeuse_FL
Fertigbearbeitetes Festlagergehäuse
2. ERZEUGEN von STL- und VRML-Dateien
Die einfachste Möglichkeit besteht darin, einzelne Bauteile oder eine gesamte Baugruppe als STLoder
VRML-Dateien abzuspeichern und dann mit dem 3D-Drucker auszudrucken. Die gesamte
Baugruppe ist dann ein fixer Block, dessen Bauteile nicht demontiert (getrennt) werden können.
Dieser Weg ist für Rapid Prototyping Konzept-Modelle oft ausreichend. In diesen Dateitypen
werden die Bauteiloberflächen als Gruppen kleiner, planarer Polygone dargestellt.
2.1. Erzeugen von STL-Dateien
Mit PDM: Datei > Kopie speichern… und Dateityp STL (*.stl) erzeugt man monochrome STL-
Dateien von einzelnen Bauteilen oder einer gesamten Baugruppe. Beim Exportieren einer
Baugruppe enthält die STL-Datei die 3D-Druck-Information der gesamten zusammengebauten
Baugruppe.
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Im Programm ZEdit TM kann man den einzelnen Bauteilen der Baugruppe sehr einfach eine eigene
Farbe zuweisen, da jeder Bauteil eine eigene "Schale" ( Shell ) darstellt. Auch einzelne "Dreiecke"
( Triangle ) können eingefärbt werden (siehe auch Kap.3.1.) und Online-Hilfe.
STL-Dateien kann man in den Formaten Binär oder ASCII erzeugen. Die Sehnenhöhe definiert
die Abweichung einer Facettensehne von der tatsächlichen Bauteiloberfläche, die Winkelsteuerung
( Werte 0.0 bis 1.0 ) gibt eine zusätzliche Verbesserung entlang Kurven mit kleinen Radien an.
Zum STL-Export wählt man im Dialogfenster
"Kopie speichern" den Dateityp STL (*.stl)
Dialogfenster
"STL-Export"für
Bauteil und Baugruppe
2.2. Erzeugen von VRML-Dateien
Mit PDM: Datei > Kopie speichern… und Dateityp VRML (*.wrl) erzeugt man VRML-Dateien,
die auch die gesamte Farbinformation des Modells (der einzelnen Bauteile) übernehmen. Wird eine
Baugruppe exportiert, wird eine Baugruppen-VRML-Datei erzeugt, die die gesamte
Zusammenbauinformation der Baugruppe enthält und für jeden Bauteil eine Bauteil-VRML-Datei.
Man kann somit die gesamte Baugruppe oder jeden Bauteil einzeln ausdrucken.
Im Dialogfenster"Kopie speichern" den Dateityp VRML (*.wrl) wählen und unter "Einstellung…" für
Qualität Hoch einstellen.
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3. 3D-Druck-Datei für ZPrinter ® erzeugen
Wenn man geeignete STL- oder VRML-Dateien der gewünschten Rapid Prototyping Modelle
erzeugt hat, kann man die Bauteile mit dem Programm ZPrint TM im Bauraum des 3D-Druckers
anordnen, den Materialverbrauch ermitteln und den Druckvorgang überprüfen. Alle Einstellungen
und 3D-Daten für einen 3D-Druck werden in einer sogenannten Build-Datei ( z.B. htl1_logo.zbd )
abgespeichert, die mit dem Programm ZPrint TM erzeugt wird.
Mit ZEdit TM kann man monochrome Bauteile (STL-Dateien) einfärben, Bauteile mit Text, Logos
oder Bildern versehen und geringfügig korrigieren.
Das Erzeugen und Bearbeiten von Build-Dateien kann mit beiden Programmen auf jedem PC
erfolgen ohne dass eine Verbindung zum 3D-Drucker ZPrinter ® Z450 besteht.
Das Drucken der Bauteile mit ZPrint TM darf nur vom dafür vorgesehenen PC aus erfolgen!
3.1. Bauteile mit ZPrint TM im BAURAUM anordnen
Mit oder Start > Programme > ZPrint Software 7.6 > ZPrint 7.6 das 3D-Druckerprogramm
ZPrint TM starten. Im Dialogfenster "Öffnen" wählt man die gewünschte Modell-Datei (STL oder
VRML) oder eine Build-Datei ( *.zbd ).
Im Dialogfenster "Choose Units"
werden der Pulvertyp, die Bauteilgröße
und die Einheiten angezeigt:
STL-Dateien ( *.stl ) in mm und
VRML-Dateien ( *.wrl ) in m. Die
Voreinstellungen können übernommen
werden !
Mit "Next>" wird der Bauteil
geladen und geeignet im Bauraum
platziert.
Will man mehrere Bauteile gleichzeitig drucken, muss man die weiteren Modelle mit File >
Import… oder importieren und im Bauraum platzieren.
Alle Befehle zum Platzieren, Verwalten und Drucken des Bauraumes findet man in der Menüzeile.
Viele ZPrint-Befehle kann man auch mit den Symbolen der Symbolleiste aufrufen:
Anordnen von Bauteilen im Bauraum:
Hat man einen oder mehrere Bauteile in ZPrint TM importiert, wird in drei Fenstern angezeigt, wie
sie im Bauraum angeordnet sind: Draufsicht ( X-Y ), Vorderansicht ( Z-X ) und 3D-Ansicht.
In der 3D-Ansicht ändert man die Ansicht (Zoomen, Drehen, Schieben) wie in Pro/ENGINEER !
Geringe Druckzeiten werden erreicht, wenn man die Bauteile im Bauraum geeignet anordnet. Dazu
wählt man einen oder mehrere Bauteile (mit Shift-Taste) im Bauraum und wählt den gewünschten
Befehl im Kontextmenü (rechte Maustaste), in der Menüzeile oder durch ein Symbol.
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Häufig erforderliche Befehle sind:
• Kopieren und mehrfach einfügen
Bauteil(e) wählen, dann Copy und Paste im Kontextmenü oder Strg+C und
Strg+V. Die Bauteile werden automatisch günstig ("hinten/unten") platziert.
• Löschen
Bauteil(e) wählen, dann Delete im Kontextmenü oder Entf-Taste.
• Skalieren
Bauteil(e) wählen, dann Scale (Group)… im
Kontextmenü oder Symbol . Im Dialogfenster
"Scale" wählt man den gewünschten
Skalierungsfaktor in % oder die gewünschte
Bauteilgröße in X, Y oder Z.
• Ausrichten
Bauteil(e) wählen, dann Justify (Group)… im Kontextmenü
oder Symbol . Im Dialogfenster "Justify"
wählt man die gewünschten Schaltflächen. Um günstige
Druckzeiten zu erreichen, sollte man die Bauteile
Left/Back/Bottom ausrichten!
• Verschieben
Bauteil(e) wählen, dann Translate… im Kontextmenü
oder Symbol . Im Dialogfenster "Translate" wählt
man den gewünschten Verschiebemodus (relativ zur
aktuellen Position oder zum Koordinatensystem) und
gibt die gewünschten Verschiebewerte ein.
• Drehen
Bauteil(e) wählen, dann Rotate (Group)… im Kontextmenü
oder Symbol . Im Dialogfenster "Rotate"
wählt man die gewünschte Rotationsebene ( XY, XZ
oder YZ ) bzw. Ansicht und gibt die gewünschten Werte
für den Verdrehwinkel ein.
• Spiegeln
Bauteil(e) wählen, dann Mirror (Group)… im Kontextmenü
oder Symbol . Im Dialogfenster "Mirror"
wählt man die gewünschte Normale auf die
Spiegelebene ( X, Y oder Z ).
• Farbe ändern
Bauteil(e) wählen, dann Colors… im Kontextmenü.
Im Dialogfenster "Farbe" kann man nun die Farbe
eines monochromen Bauteiles ändern. Wesentlich
mehr Möglichkeiten bietet das Programm ZEdit TM :
man kann monochrome Bauteile (STL-Dateien)
einfärben, Bauteile mit Text, Logos oder Bildern
versehen und geringfügig korrigieren.
Nach der Wahl eines Bauteils startet man ZEdit TM
mit dem Symbol . Alle Befehle in den Symbolkästen
am rechten Bildschirmrand werden im
Mitteilungsbereich rechts unten kurz erklärt.
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Sind alle Bauteile wie gewünscht im Bauraum angeordnet, speichert man die gesamte
Bauraumdefinition in einer Build-Datei ( *.zbd ) ab.
3.2. 3D-Druck mit ZPrint TM kontrollieren
Mit oder Start > Programme > ZPrint Software 7.6 > ZPrint 7.6 das 3D-Druckerprogramm
ZPrint TM starten. Im Dialogfenster "Öffnen" wählt man die gewünschte Build-Datei ( *.zbd ).
Mit File > Print Time Estimator wird ein Time
Estimation Report (Bericht über geschätzte
Druckzeit) generiert, in dem die Anzahl der
Schichten (Number of Layers), die geschätzte
Druckzeit bei monochromen Druck oder Farbdruck
(Estimated Build Time) der geschätzte Verbrauch
an Bindemittel (Binder), Tinte (Cyan, Magenta und
Yellow), Bauvolumen, Oberfläche und
Oberflächen-Volumen-Verhältnis des gesamten
Druckvorganges angeführt sind.
Damit lassen sich schon VOR dem Druckvorgang
die Kosten für alle Bauteile gemeinsam ermitteln.
Mit "Save Full Report" wird die gesamte Druckinformation in eine Textdatei gespeichert, in der
auch die Maße, das Volumen und die Oberfläche der einzelnen Bauteile aufgelistet sind:
Date: Saturday, September 05, 2009
Build Name: C:\ZCorp Printer Records\Saved Builds\STL-Testbaugruppe_01B.zbd
Printer Type: Z450 Powder Type: ZP130
Build Height: 47.51 mm Layer Thickness: 0.1016 mm Number of Layers: 467
Estimated build time is
in monochrome mode: 2 hours and 53 minutes
in color mode: 3 hours and 44 minutes
Estimated binder usage: 132.7 ml
Estimated ink usage: Cyan = 0.2602 ml; Magenta = 0.2025 ml; Yellow = 0.3354 ml
Total volume of parts: 474.59 cubic centimeters.
Total surface area: 1177.42 square centimeters.
Surface to volume ratio: 6.30.
Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_kupplung_01B.stl
Width:80.00 mm Depth:79.81 mm Height:40.00 mm Volume:60179.05 Cu. mm Area:19215.97 Sq.mm
Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_ritzel_01B.stl
Width:66.00 mm Depth:66.00 mm Height:40.00 mm Volume:71937.96 Cu. mm Area:19856.23 Sq.mm
Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_welle_01B.stl
Width:150.00 mm Depth:40.00 mm Height:40.00 mm Volume:121152.77 Cu. mm Area:18076.16 Sq.mm
Part Name: C:\STL-Test\3dModell\nt_passfeder_a8x7x32_00B.stl
Width:32.00 mm Depth: 8.00 mm Height: 7.00 mm Volume:1692.91 Cu. mm Area:995.25 Sq.mm
Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_lagergehaeuse_fl_01B.stl
Width:140.00 mm Depth:77.00 mm Height:22.00 mm Volume:67725.76 Cu. mm Area:20561.71 Sq.mm
Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_lagergehaeuse_ll_01B.stl
Width:77.00 mm Depth:140.00 mm Height:22.00 mm Volume:66308.61 Cu. mm Area:18912.90 Sq.mm
Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_lagergehaeuse_guss_00B.stl
Width:80.96 mm Depth:141.68 mm Height:22.26 mm Volume:85596.57 Cu. mm Area:20124.22 Sq.mm
Mit dieser Information lässt sich nun über das Verhältnis des Volumens der einzelnen Bauteile zum
Gesamtvolumen auch der Kostenanteil jedes einzelnen Bauteiles ermitteln.
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3D-Drucken mit ZPrinter ® 450 Seite: 9
File > Print 3D Image Preview öffnet das Dialogfenster
"Print Image", mit dem ein Build Report (komplette Liste
aller Bauteile oder nur eine kurze Zusammenfassung) mit
einem Bild, das die Anordnung der Bauteile im Bauraum
zeigt, generiert wird. Zusätzlich kann man den Bericht auch
noch mit einem Kommentar versehen.
Mit "Print..." in der Vorschau oder File > Print 3D Image
kann dieser Bericht auch ausgedruckt werden.
Das diesem Bericht beigefügte Bild des Bauraumes
erleichtert oft das Auffinden der gedruckten Bauteile im
Bauraum nach dem Druckvorgang.
File > 3D Print Setup oder öffnet ein Dialogfenster,
in dem der eingestellte Drucker ( Z450 ), das verwendete
Pulver ( ZP130 ) und die Schichtdicke ( Layer Thickness,
0.1 mm ) angezeigt werden. Die eingestellten Werte können
übernommen werden, auch die Bleed Compensation soll
aktiviert sein.
Kontrolle des Druckvorganges
Durch Anzeigen einzelner Layer im 2D-Modus oder in
der 3D-Ansicht kann der Druckvorgang Schicht für
Schicht kontrolliert werden. Dadurch können schon vor
dem tatsächlichen Ausdrucken der Bauteile eventuelle
Probleme oder Druckfehler erkannt werden.
Mit den Symbolen bewegt man
den angezeigten Layer eine oder zehn Layer hinauf oder
hinunter, im Eingabefeld kann man die gewünschte
Layernummer eingeben.
Zusätzlich zur graphischen
Darstellung wird neben der
Layer-Nummer auch noch
die Lage der aktuellen
Schicht ( Height ) am
unteren Rand des Graphikfensters
angezeigt.
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4. Bauteile mit ZPrinter ® 450 drucken
Der tatsächliche Druck von Bauteilen mit dem 3D-Drucker ZPrinter ® Z450 darf nur von dem PC
aus erfolgen, der für den 3D-Druck vorgesehen ist !
Drucker-Kammer
mit Pulverbett
Integrierte
Entpulvereinheit
• Mit oder Start > Programme > ZPrint Software 7.6 > ZPrint 7.6 das 3D-Druckerprogramm
ZPrint TM starten und die gewünschte Build-Datei ( *.zbd ) wählen.
• Überprüfen, ob der Drucker "Online" ist, ob die Plattform
im Build Bed in oberster Position ist.
• Mit File > 3D Print Setup oder
kontrollieren (siehe Seite 9)
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die Druckeinstellungen
• File > 3D Print oder öffnet das Dialogfenster "Printing
Options", "OK" dann "Printer Status" mit Status-
Angaben über die Druckköpfe, Pulver, etc. Sind alle Werte
OK, kann mit "Print" der Druckvorgang gestartet werden.
• Zuerst wird das Build Bed vorbereitet (mit Pulver gefüllt),
dann beginnt der Druckvorgang.
• Im Dialogfenster "Printing 450…" wird der Druckfortschritt
genau dokumentiert: geschätzte und tatsächliche
Dauer, Layer-Nummer und % Completed.
• Nach dem Druck: (Aushärtezeit abwarten !)
o Pulver vorsichtig aus Build Bed absaugen (Vacuum)
und Bauteile vorsichtig entnehmen.
o In der Entpulvereinheit das Pulver von Bauteilen
abblasen (Depowder) und dann "Abpinseln".
o Nachbearbeitung der Bauteile: Infiltrieren, Schleifen,
Wachsen, etc.
• Routine-Reinigung nach jedem Druck:
(siehe auch "Quick Start Guide" Seite 10ff)
o Pulver aus Drucker-Kammer absaugen (Vacuum)
o Debris-Filter reinigen (Kleinteile entfernen)
o Parking Caps und Service Station reinigen