3D Drucken mit ZPrinter 450

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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 Einzelbauteile (Komponenten) mit Schnittstellenmaßen Gussmodell und Fertigteil (Bauteil mit Familientabelle) 3 2. Erzeugen von STL- und VRML-Dateien Erzeugen von STL-Dateien Erzeugen von VRML-Dateien D-Druck-Datei für ZPrinter erzeugen Bauteile mit ZPrint TM im Bauraum anordnen D-Druck mit ZPrint TM kontrollieren 8 4. Bauteile mit ZPrinter 450 drucken 10

2 Seite: 2 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 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 = STL Außenmaße: - STL Ø40 d13 = 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.

3 3D-Drucken mit ZPrinter 450 Seite: 3 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)

4 Seite: 4 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 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.

5 3D-Drucken mit ZPrinter 450 Seite: 5 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.

6 Seite: D-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.

7 3D-Drucken mit ZPrinter 450 Seite: 7 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.

8 Seite: 8 Sind alle Bauteile wie gewünscht im Bauraum angeordnet, speichert man die gesamte Bauraumdefinition in einer Build-Datei ( *.zbd ) ab D-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: mm Layer Thickness: 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: ml Estimated ink usage: Cyan = ml; Magenta = ml; Yellow = ml Total volume of parts: cubic centimeters. Total surface area: square centimeters. Surface to volume ratio: Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_kupplung_01B.stl Width:80.00 mm Depth:79.81 mm Height:40.00 mm Volume: Cu. mm Area: 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: Cu. mm Area: Sq.mm Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_welle_01B.stl Width: mm Depth:40.00 mm Height:40.00 mm Volume: Cu. mm Area: 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: Cu. mm Area: Sq.mm Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_lagergehaeuse_fl_01B.stl Width: mm Depth:77.00 mm Height:22.00 mm Volume: Cu. mm Area: Sq.mm Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_lagergehaeuse_ll_01B.stl Width:77.00 mm Depth: mm Height:22.00 mm Volume: Cu. mm Area: Sq.mm Part Name: C:\STL-Test\3dModell\aw_lagergehaeuse_guss_00B.stl Width:80.96 mm Depth: mm Height:22.26 mm Volume: Cu. mm Area: 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.

9 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.

10 Seite: 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) 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