3D Druck architektonischer Modelle

Als vor einigen Jahren die Möglichkeit von 3D Drucken in erreichbare Nähe rückte , fieberten die Meisten der Gelegenheit entgegen , diese auszuprobieren. Die einzige Möglichkeit , ein Gebäude in der Entwurfsphase darzustellen war nun einemal der Bau eines originalgetreuen 1 zu 1 Modells , der sogenannten “ Maquette „.

Ein traditionell hergestelltes Modell kostet in der Herstellung aehr viel Geld , daher wurde die Herstellung erst beschlossen, wenn der Plan definitv nicht mehr verändert wurde.

Wenn es möglich wäre , die Kosten für diese Modelle zu verringern , wäre es machbar , in jeder Phase des Projekts ein Modell zu erstellen. Dadurch würden sowohl Architekt als auch Auftraggeber eine bessere Einsicht in die Planung bekommen.  Möglicherweise würden hierdurch auch Fehlkalkulationen vermieden und die Durchführung des Plans bis zum erwarteten Endergebnis besser gelingen.

Perspektiven und fotorealistische Darstellungen besitzen einen großen “ Maklerwert “ sind aber mehr oder weniger nur schöner Schein. Ein echtes 3D Modell läßt diese Abbildungen hinter sich und stellt – trotz des kleineren Maßstabs – die Einzelheiten des Gebäudes wesentlich besser dar.

Nach dem Erwerb des ersten Dual 3D Druckers wurde klar , daß das Druckergebnis nicht nur erstrebenswerter , sondern auch dauerhafter war.

 

3D CAD und 3D Druck

Es ist offensichtlich , daß der Druck eines 3D Gebäudemodells im Vergleich zu 2D  ( Grundrisse und Querschnitte ) aber auch 3D Wiedergaben (  Perspektiven und Rendering ) grundlegende Anpassungen des 3D Modells erfordert. Auch wenn sich die Gebäudedatenmodellierung ( BIM )  als universelle Entwicklungsumgebung etabliert hat ,  ist Sie dennoch nicht geeignet , ein 3D Gebäudemodell anschaulich darzustellen. Wir arbeiten mit ArchiCAD, aber zweifellos ist dies auch auf andere CAD Programme anwendbar.

 

Dual Druck

Einige Jahre zuvor waren wir damit beschäftigt , Entwurfsmodelle in zwei Farben zu drucken. Die Wände und Etagen in einer Farbe , Rahmen und Fenster mit transparenten Filamenten. Das erforderte einen sehr großen Aufwand , trotzdem wurden die Modelle nicht so ausgedruckt , wie wir dies erwarteten. Einige Strukturen wurden gedruckt , andere dagegen nicht. Warum sackte das Dach durch und wurde zu einem eleganten Bogen ? So hatten wir uns das nicht vorgestellt !

Nach dem heutigen Stand des 3D Drucks sind endgültige und bessere Ergebnisse nach unserer Meinung nur zu erreichen ,  indem wie ein Modellhersteller gedacht und Ersatzteile in einer Farbe gedruckt werden. Drucke in mehreren Farben sind sicher möglich – wir haben dies regelmäßig getan – aber mit dem heutigen Stand der Technik ist es nicht möglich , die Stabilität des Endergbnisses zu garantieren.  Wenn in mehreren Farben gedruckt wird , ist die Gefahr sehr groß , daß die Farben ineinander “ überlaufen “ und Komponenten mehrere Male gedruckt werden müssen  , um einwandfreie Resultate zu erreichen. Darüberhinaus ist es sehr schwierig, wiederholbare Ergebnisse selbst mit Feineinstellungen im Slicer zu erzielen.

 

Denken wie ein Modellhersteller

Die besten Ergebnisse beim Druck von 3D Gebäudemodellen wird erreicht , indem wie ein Modellhersteller gedacht wird. Die ersten Gedanken sollten dem hierarchischen Aufbau und wie dieser verwirklicht werden soll gelten. Danach kann überlegt werden , wie dies realisiert werden soll.

Sobald wir das Bild vor Augen haben , passen wir das 3D Modell in unserem CAD Programm an. Die einzelnen Gebäudeteile werden in die Farben aufgeteilt , die später gedruckt werden sollen.  Danach muß sichergestellt werden, das diese auch ineinander passen. Nicht unerheblich ist die Anpassung der Abmessungen , damit die Teile auch tatsächlich gedruckt werden können.

 

Zeichnen in Schichtdicke und Extruderbreite

Schließlich wird ein Gebäudemodell erstellt, für die Strukturbreite wird ein Vielfaches des Düsendurchmesseres der Extruderdüse ( Meistens 0.4mm ) benutzt. Es ist wichtig ,  zuerst den Maßstab des Gebäudemodells zu berechnen und erst danach die Wanddicke und Strukturbreite anhand des Düsendurchmessers zu bestimmen. Abmessungen von 300x300mm in einem Maßstab von 1:100 ergeben 3x3mm undlassen sich sher gut ausdrucken. Im Maßstab 1:500 wäre das Ergebnis 0.6×0.6mm und damit eigentlich zu klein für den 3D Druck ,  wird der Maßstab auf 400x400mm vergrößert ist das Ergebnis 0.8×0.8mm , und kann gedruckt werden , da dies dem doppelten Düsendurchmesser entspricht.

Eine Tür ,  als Standard 40mm dick , kann im Maßstab 1:100 einwandfrei gedruckt werden ( 0.4mm entspricht dem Düsendurchmesser ) bei einem Maßstab von 1:200 würde sie verschwinden. Wäre der gewählte Maßstab für den 3D Druck 1:200 ,  müßten alle Türen auf 80mm “ verdickt “  werden , damit der Slicer diese noch “ sieht „.

Dasselbe gilt für die Glasscheiben des Modells : 20mm muß zu 40mm , 40mm zu 80mm “ verdickt “ werden , abhängig vom gewählten Maßstab.

 

Etagen und Unterstützungsstrukturen

Ein architektonisches Modell kann in einem Zug gedruckt werden , Dach und Vertiefungen inbegriffen. Es ist jedoch nicht möglich 3D Modelle “ in der Luft “ zu drucken , man benötigt Unterstützungssrukturen ( Stempel ). Alle Slicer bieten die Möglichkeit diese sogennanten “ Support “ Strukturen zu erzeugen. Jedoch ist es beim Druck architektonischer Modelle mit ihren horizontalen Oberflächen fast unmöglich , diesen Support nach dem Druck zu entfernen. Möglich wäre es , den Support mit einem anderen Material zu drucken. Beispielsweise kann das Modell in ABS gedruckt werden , der Support mit HIPS ,das HIPS Filament läßt sich nach Beendigung des Drucks mit D-Limonene rückstandsfrei entfernen , nur das eigentliche Modell bleibt übrig. Ebenso ist es möglich ABS als Druck- und PLA als Stützmaterial zu nutzen , PLA kann nach Beendigung des Drucks mit Abflussreiniger entfernt werden. Die Resultate sind allerdings nicht sonderlich beeindruckend. Daher sollte versucht werden , ein Modell zu entwickeln , das ohne Unterstützungsstrukturen stabil genug ist.

Das bedeutet , das Böden separat von Fronten, die als Einsatz konstruiert werden , gedruckt werden. Spezielle Einzelkomponenten werden separat gedruckt.

Wenn diese Komponenten einwandfrei ineinander passen , erhält man ein Entwurfsmodell , das dem Auftraggeber im Entwicklungsstadium genug Einblicke bietet.

3D Modelle und der Einfluß der Slicerprogramme

Soll das erstellte 3D Modell ausgedruckt werden , wird deutlich , das verschiedene Slicerprogramme ( Die Umsetzer von 3D Modellen in druckbare Dateien ) auch verschiedenartig arbeiten. Manche erzielen gute Ergebnisse mit den Standardprofilen , andere benötigen Anpassungen der Einstellungen. Einige Slicer scheinen architektonische Modelle überhaupt nicht zu “ mögen „.

 

Nach etlichen Probedrucken und der Analyse des Slicingprozesses unterscheidet man anhand folgender Aspekte :

  • Ist der Slicer in der Lage , alle architektonischen Besonderheiten , wie z.B. Wanddicken , Wände und zu dünne Elemente , zu erkennen und wiederzugeben ? Manche Slicer benötigen eine andere Auflösung um diese Elemente korrekt zu erstellen. Ein einzelner Slicer ist kaum fähig , dies alles allein zu bewerkstelligen.
  • Ist der Slicer in der Lage , architektonische Elemente gleichmäßig zu drucken ? Bei Wänden sollten beispielsweise zuerst die Füllstrukturen und direkt danach erst die Außenseiten gedruckt werden. Einige Slicer  drucken zwar die Innenstrukturen , danach allerdings erst alle anderen Elemente und zum Schluß die Außenseiten , was zu einem ungleichen Endresultat führt.
  • Ist der Slicer in der Lage  „schwebende “ Strukturen ohne Support zu drucken ? Diese Art zu drucken wird “ Bridging “ genannt . Der Slicer erkennt eine Lücke und errechnet eine Druckeinstellung die in der Lage ist , diese während des Drucks zu überspannen. Slicer die dies nicht können liefern kein zusammenhängendes Ergebnis , Teile werden in der Luft oder nicht aneinander anschließend gedruckt.

 

Fünf Slicerprogramme :

Diese fünf Slicer wurden von uns getestet.

Slic3R, ein Open Source Slicer. Kostenlos , gesponsort durch einige 3D Druckanbieter. ( Multicolor )

Cura, ein Open Source Slicer ursprünglich gesponsort durch Ultimaker. ( Multicolor )

CraftWare, Kostenlos , ein proprietärer Slicer vom Hersteller des CraftBot ( Einzelextruder )

Simplify3D, € 140,- , ein eigenständiger Slicer für verschiedenen Drucker ( Multicolor )

KISSlicer, Kostenlos , proprietär , unabhängig für verschiedene Drucker mit einem Extruder. Die PRO Version für mehrere Extruder kostet € 42,-

 

Architektonisches Testmodell

Ein architektonisches Modell mit den meistverwandten Elementen wurde von uns als Testmodell in ArchiCAD erstellt. Ein anderes Modell kann auf Thingiverse heruntergeladen werden , Sie finden den Link hier. Eine vereinfachte Version ist ebenfalls vorhanden.

 

Ergebnisse

Einige Druckergebnisse wurden hier als Bilder hinzugefügt. Sie geben den aktuellen Stand der Slicer und natürlich unseren Kenntnisstand wieder. Alle Slicir befinden sich in einer permanenten Entwicklung. Daher kann es vorkommen , das Slicer , die in einer älteren Version gute Ergebnisse hervorgebracht haben , in der darauffolgenden Version scheitern ( und umgekehrt ).

Sehr gute Ergebnisse : Simplify3D und CraftWare hebben erzeugten die detailreichsten architektonischen Modelle. Bei beiden mußte der Wert für “ Path-width “ auf Werte unter 0.4mm angepaßt werden , um alle Einzelheiten erkennen zu können , danach waren beide in der Lage , kleine Einzelkomponenten problemlos zu drucken. Auch kleine Dächer ( Bridging ) wurden gut gedruckt.

Gute Ergebnisse : KISSlicer lieferte gute Resultate, bis auf kleine Einzelheiten , die nicht detailliert genug gedruckt wurden. Ebensowenig ist KISSlicer in der Lage Oberflächen zu erkennen , die “ Bridging “ benötigen.

Annehmbar : Slic3R besitzt zwar die Funktion “ detect thin walls “  um architektonische Elemente und nötiges “ Bridging “ zu erkennen , allerdings waren wir bei Nutzung nicht in der Lage , diese Funktionen im fertigen Druck sichtbar wiederzufinden.

Nur ganz kurz…: Cura: Es war nötig , den Pfad auf 0.2mm anzupassen , damit Cura überhaupt architektonische Einzelheiten erkennen konnte. Ausser einem extrem langsamen Druck erhielten wir kein gutes Ergebnis , eine 0.4mm Düse kann nun einmal keine gleichwertigen Drucke wie eine 0.2mm produzieren.

 

Keine schlechten Slicerprogramme

Es muss verdeutlicht werden , das sich der Test auf rein architektonische Modelle bezieht. Für andersartige Modelle – die Supportstrukturen oder einen zweiten Extruder benötigen – sähe das Ergebnis völlig anders aus. Es gibt keine schlechten Slicer mehr , für spezielle Arbeiten ist ein Slicer eben nur besser geeignet , als ein Anderer.

Bilder werden noch hinzugefügt.

Bart

 

 

 

 

Trackbacks

  1. […] Voor architectonische modellen (en technische prints met dunne wandjes en veel eilandjes) gebruiken we CraftWare. Door de volgorde van printen per laag onstaan er meer consistente prints dan de andere vier slicers die we gebruiken. Zie tevens dit artikel. […]

  2. […] and PLA    (by Bart ter Haar) I use this profile for very delicate architectural models. See this post about how to deal with that kind of […]

  3. […] zu den vier anderen Slicerprogrammen ,  ein stabilerer Druck erzeugt ,  dies können Sie in  diesem Artikel […]

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