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Linsen drucken: Unterschied zwischen den Versionen

Aus Physik und ihre Didaktik Wiki

(Die Seite wurde neu angelegt: „Kategorie:Sonstiges <div class="row"> <div class="large-7 columns> Linsen oder optische Bauteile mit dem 3D Drucker zu drucken kann eine kostengünstige Möglichkeit darstellen, optische Komponenten mit individuellen Eigenschaften herzustellen. Im diesem Artikel wird eine erste Erfahrung geteilt, welche Schritte sich als nützlich erwiesen haben. Es gibt Versuche, Linsen mit einem FDM-Drucker zu drucken. Für diese Versuche wurde ein HW:3D_Druck…“)
 
 
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= Druckermodelle =
= Arbeitsschritte =
<h3 class="subheader"><span style="display:inline;"></span>  Übersicht Drucker </h3>
== Design der Linse ==  
{| class="wikitable" style="margin: auto; width: 100%"|
!Drucker
!Bauraum (XYZ)
!Schichtdicke
!max. Drucktemp.
!max. Betttemp.
!max. Druckgeschw.
!Slicer
!Besonderheiten
|-
|FlashForge 2 Creator Pro
|(200x148x150) mm
|0,1 mm - 0,5 mm
|240 °C
|120°C
|100 mm/s
|[[SW:3D_Druck:_Slicer#FlashPrint_5|FlashPrint5]]
|Dualextuder
|-
| Creality Ender 5 Plus
|(350x350x400) mm
|mind. 0,1 mm
|260 °C
|110 °C
|200 mm/s
|[[SW:3D_Druck:_Slicer#Cura|Cura]]
|Ja
|-
|MP Select Mini V2
|(120x120x120) mm
|
|250 °C
|60 °C
|55 mm/s
|[[SW:3D_Druck:_Slicer#Cura|Cura]]
 
|nein
|-
|Monoprice MP10 Mini
|(200x200x200) mm
|0,05 mm - 0,30 mm
|280 °C
|110 °C
|100 mm/s
|[[SW:3D_Druck:_Slicer#Cura|Cura]]
 
|kein Sliceprofil
|-
|}
 
=== FlashForge 2 Creator Pro ===
<div class="row">
<div class="row">
   <div class="large-7 columns>
   <div class="large-7 columns>
Filamentdrucker mit zwei Extrudern, einer Schichtdicke von 0,1 mm - 0,5 mm und einer Druckgeschwindigkeit von bis zu 100 mm/s. Das Bauvolumen beträgt  200 mm x 148 mm x 150 mm.
Im ersten Schritt steht das Linsendesign. Da die optischen Eigenschaften des Epoxidharzes nicht bekannt waren und es sich um eine reine Machbarkeitsstudie mit den vorhandenen Werkzeugen handelt, wurde an dieser Stelle auch auf eine Berechnung der Linsenparameter verzichtet.
Als Grunddesign wurde eine plankonvexe, asphärische Linse umgesetzt. Plankonvex, da später im Drucker ohne Support oder Raft gedruckt werden kann. Mit der planen Seite auf dem Druckbett werden die Stärken des Druckers optimal ausgenutzt. Ashpärische Linsen haben verglichen mit sphärischen Linsen weniger Linsenfehler, sind aber in der Herstellung aufwendiger. Sowohl die Formgestaltung als auch das Schleifen bedarf mehr Zeit, wobei die Formgestaltung durch das 3D-Drucken keine Rolle spielt, das der Drucker weitestgehend beliebige Formen gleich zuverlässig drucken kann.


Empfohlene Druckmaterialien sind PLA, PLA Pearl, ABS, ABS Pro, PVA, HIPS.
Das Design bestand aus den folgenden Schritten:
 
* Skizze des halben Aufschnitts der Linse erstellen.
Cura hat den Drucker nicht standardmäßig als Profil und kommt mit den beiden Extrudern nicht intuitiv klar. Daher bietet sich zum Slicen das zum Drucker passende Programm [[SW:3D_Druck:_Slicer#FlashPrint_5|FlashPrint 5]] an.
* Die ausgewählte Skizze um die z-Achse drehen. Das daraus entstandene Volumen bildet den Linsenkörper.
 
* Das 3D-Objekt als STL-Datei exportieren.
'''Einsatzmöglichkeiten der beiden Extruder '''
</div>
* gleichzeitiges, symmetrisches Drucken zur Verdopplung der Druckgeschwindigkeit bei kleineren Bauteilen für die Massenproduktion
* Einsatz von verschiedenen Farben (in einem Druck oder nacheinander ohne Wechsel des Filaments)
* Einsatz von wasserlöslichem Filament für Stützstrukturen
 
'''Probleme'''
* Der Drucker erkennt nicht, wenn das Filament zu Ende ist
* starke Vibrationen des Druckers durch schnelle Richtungsänderungen
  </div>
   <div class="large-5 columns>
   <div class="large-5 columns>
[[Datei:HW_Sonstiges_3DDrucker_creatorpro2.jpeg|thumb|right|500px|Creator Pro 2 von Flash Forge.]]
[[Datei:HW_Sonstiges_Linsen_drucken_CAD.png|thumb|right|500px|Design der Linse in [[SW:3D_Druck:_CAD_Programme#FreeCAD|FreeCAD]].]]
   </div>
   </div>
</div>
</div>


=== Creality Ender 5 Plus ===
== 3D Drucken ==
<div class="row">
Als Drucker kam der [[HW:3D_Drucker_(Harz)#Anycubic_Photon_M3|Anycubic Photon M3]] zum Einsatz. Der Slicer war [[SW:3D_Druck:_Slicer#Anycubic_Photon_Workshop|Photon Workshop]].  
  <div class="large-7 columns>
Filamentdrucker mit sehr großem Bauraum (350 mm x 350 mm x 400 mm) und einer Schichtdicke von 0,1 mm.


'''Probleme'''
Weitere Parameter:
* Als Harz wurde das "Basic Resin" von 3D-basics.com verwendet.
* Schichthöhe: 0,025 mm
* Belichtungszeit: 8,0 s


* Leveling muss häufig wiederholt werden
Nach dem Druck wurden die Linsen noch [[HW:3D_Drucker_(Harz)#Anycubic_Wash_&_Cure|gereinigt und nachgehärtet]]. Eine weitere mögliche Bearbeitungsvariante wäre das Eintauchen der Linsen in Harz, um eine glatte, spiegelnde Oberfläche zu erhalten.
* Z-Achsenmotoren fallen grundlos aus der Synchronität
* X-Achse unpräzise
* Leveling langsam und mühselig
* Es werden nur Speicherkarten <2 GB oder mit besonderer Formatierung (ohne HC) erkannt. Bei der Dateibenennung sollten Sonderzeichen vermieden und eine Zeichenlänge von 15 nicht überschritten werden.


'''Besonderheiten'''
== Schleifen ==
<div class="row">
  <div class="large-7 columns>
Die Linsen können nun geschliffen werden. Zum Einsatz kommen verschiedene Nasschleifpapiere von einer Feinheit von 800 bis 10 000. Begonnen wird natürlich mit dem groben Schleifpapier, bis sich der Widerstand beim Schleifen reduziert, oder die Finger müde werden. Um die Rundungen gleichmäßig zu schleifen, sollte wenig Druck ausgeübt werden sowie eine weiche Unterlage unter das Schleifpapier wie ein Mauspad oder ein Handtuch untergelegt werden.


Der Drucker wurde mit dem Direct-Extruder von Micro Swiss aufgerüstet. Dadurch überhitzt der Druckkopf nicht mehr. Zusätzlich lassen sich nun auch '''flexible Filamente''' drucken. Allerdings müssen vor dem Druck noch einige Einstellungen im Slicer oder den Grundeinstellungen des Druckers vorgenommen werden.
</div>
 
Das Ausführen des folgenden Gcodes im Drucker (Befehle in Textdatei schreiben, als Gcode mit .gcode speichern, auf SD Karte speichern, zum Drucker gehen, Druckdatei ausführen) ist nicht automatisch erfolgsversprechend, da im Start-Gcode die Einstellungen teilweise zurückgesetzt werden. Hierbei werden die '''Schritte des Extruders pro Millimeter''' festgelegt.
 
''M92 E400 ; Set E Steps to 400''
 
''M500     ; Store Settings''
 
 
Es ist daher ratsam folgende Einstellung in den Anfangsgcode zu schreiben:
 
''G92 E400 ; Set E Steps to 400''
 
Falls in den Einstellungen der Extrudermotor zurückgesetzt wird, sollte die entsprechende Zeile aus dem Start-Code entfernt werden.
 
Zusätzlich muss im Slicer die '''Retraction''' reduziert werden. Bewährt hat sich eine Retraction von '''1,0 mm bei einer Geschwindigeit von 35 mm/s'''. Maximal darf ein Rückzug von 1,5 mm eingestellt werden.
 
 
</div>
   <div class="large-5 columns>
   <div class="large-5 columns>
[[Datei:HW_Sonstiges_3DDrucker_ender5.jpeg|thumb|right|500px|Creality Ender 5 Plus]]
[[Datei:PF_Sonstiges_Linsen_uebersicht_schleifpapier.jpeg|thumb|right|400px|Verschiedene Feinheiten von Nassschleifpapier.]]
[[Datei:PF_Sonstiges_Linsen_unterlage.jpeg|thumb|right|400px|Weiche Unterlage für die Rundungen der Linse.]]
   </div>
   </div>
</div>
</div>


=== Monoprice MP Select Mini V2  ===
== Politur ==
<div class="row">
<div class="row">
   <div class="large-7 columns>
   <div class="large-7 columns>
Filamentdrucker mit kleinem Bauraum (120 mm x 120 mm x 120 mm). Die Grundplatte kann bis 60 °C und der Extruder bis 250 °C aufgeheizt werden. Materialien bis ABS und PET-G sind daher druckbar. Die Druckgeschwindigkeit liegt bei 55 mm/s. Das Leveling muss manuell vorgenommen werden. Als Slicer kann [[SW:3D_Druck:_Slicer#Cura|Cura]] zum Einsatz kommen.  
Für das letzte Finish müssen die Linsen poliert werden. Hierfür kann Zahnpasta oder eine Polierpaste verwendet werden. Benötigt wird hierfür ein Poliertuch, eine Polierpaste der Wahl und die Linsen. Nach dem Einreiben der Linsen mit der Paste, müssen die Linse mit Wasser abgewaschen werden. Wenn alle Schritte sorgfältig durchgeführt wurden, erhält man so eine spiegelnde Oberfläche. Matte, milchige Bereiche oder Beugungsmuster, die durch die einzelnen Druckschichten entstanden sind, deuten darauf hin, dass die Oberfläche noch nicht glatt genug ist. Je nach Ausprägung müssen die Schleifschritte entsprechend wiederholt werden. Man endet immer mit dem feinsten Schleifpapier. Nach dem Schleifen kommt immer die Politur, egal ob zuvor bereits poliert wurde oder nicht.
 
</div>
Empfohlene Filamente: ABS, PLA, XT Copolyester, PET, TPU, TPC, FPE, PVA, HIPS, Jelly, Foam, Felty
 
'''Probleme'''
 
Es werden nur Speicherkarten <2 GB oder mit besonderer Formatierung (ohne HC) erkannt. Bei der Dateibenennung sollten Sonderzeichen vermieden und eine Zeichenlänge von 15 nicht überschritten werden.
</div>
   <div class="large-5 columns>
   <div class="large-5 columns>
[[Datei:HW_Sonstiges_3DDrucker_mpselectminiv2.jpeg|thumb|right|500px|MP Select Mini V2 von Monoprice.]]
[[Datei:PF_Sonstiges_Linsen_drucken_Politur.jpeg|thumb|right|400px|Polieren als letzen Arbeitsschritt.]]
  </div>
</div>
 
=== Monoprice MP10 Mini ===
<div class="large-7 columns">
Filamentdrucker mit mittelgroßem Baumraum, einer Schichtdicke von 0,05 mm - 0,30 mm und einer Druckgeschwindigkeit von 100 mm/s.
Druckbare Materialien: PLA, ABS, PETG, Nylon, Wood Fill, Metal Fill
 
'''Druckbett'''
 
Das Druckbett ist auf 100 °C aufheizbar. Dies ermöglicht leichtes Abnehemn der fertigen Drucke, aber auch eine große Filamentauswahl. Außerdem ist das Bett magnetisch, abnehmbar und flexibel.
Da es relativ empfindlich ist, bitte die Druckobjekte ''NICHT'' mit dem Spatel oder dem Cuttermesser entfernen. Stattdessen die schwarze Platte abnehmen, leicht biegen und somit die Objekte lösen. Alternativ auf 100 °C vorheizen.
 
'''Besonderheiten'''
 
Für den Monoprice MP10 Mini gibt es bei Cura kein vorgefertigtes Profi, weshalb die Start- und Endprozedur von Hand eingetragen werden muss. Auch die Abmessungen müssen angepasst werden. Hierfür ist es notwendig, einen neuen Custom-Drucker bei [[SW:3D_Druck:_Slicer#Cura|Cura]] hinzuzufügen. Folgende Einstellungen haben sich bewährt:
'''Start- und Endcode'''
{| class="wikitable" style="float:left; margin-right: 50px"; |
|-
| ''Startcode''
| ''Endcode''
|-
|
<syntaxhighlight lang=ColdFusion >
G28 ;(Home all axes)
G21 ;(metric values)
G90 ;(absolute positioning)
M82 ;(set extruder to absolute mode)
M107 ;(start with the fan off)
M104 S[first_layer_temperature] ; set extruder temp
M140 S[first_layer_bed_temperature] ; set bed temp
M190 S[first_layer_bed_temperature] ; wait for bed temp
M109 S[first_layer_temperature] ; wait for extruder temp
M420 S1;(Restore auto leveling)
G92 E0 ;(Reset the extruder to 0)
G1 Z2.0 F1500 ; (Z Axis up: prevent scratching of Heat Bed)
G1 X10 Y5 Z0.3 F1500.0 ; (Move to start position)
G1 X100 Y5  F500 E31 ;ca. .40/1.75*dist.*1.5--150% over extr.
G1 X200 Y5 F500 E60 ;
G92 E0.0;(Zero the extruder)
G0 Z0; (Zero the Z Axis)
</syntaxhighlight>
|
<syntaxhighlight lang=ColdFusion >
G91; relative Positionierung
G1 E-1 F300; Filament um 1mm zurueckziehen
G1 Z1 E-5; Druckkopf um 1mm hoch, Fil. um 5 mm einziehen
G90; absoluter Positionsmodus
G28 X0 Y0;
G0 X0 Y140 Z50 F1000; 1000mm/min nach vorne zum Anschauen
G4 S2; 2s delay
M140 S0; Heizbett ausschalten
M104 S0; Druckkopfheizung abschalten
M107;
M84;
</syntaxhighlight>
|-
|}
 
'''Probleme'''
 
Es werden nur Speicherkarten <2 GB oder mit besonderer Formatierung (ohne HC) erkannt. Bei der Dateibenennung sollten Sonderzeichen vermieden und eine Zeichenlänge von 15 nicht überschritten werden, da es sonst zu Problemen kommen kann. Manchmal, nicht immer.
 
</div>
<div class="large-5 columns">
[[Datei:HW_Sonstiges_3DDrucker_mp10.jpeg|thumb|right|500px|MP10 Mini von Monoprice.]]
[[Datei:HW_Sonstiges_3DDrucker_biegbare_Druckplatte.jpeg|thumb|right|500px|Abnehmbare, magnetische und biegbare Druckplatte.]]
[[Datei:HW_Sonstiges_MP10_Einstellungen.png|thumb|right|500px|Screenshot aus Cura zur Erstellung des Druckerprofils.]]
  </div>
  </div>
</div>
</div>


= Weiterführende Artikel =
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Aktuelle Version vom 9. November 2023, 10:39 Uhr


Linsen oder optische Bauteile mit dem 3D Drucker zu drucken kann eine kostengünstige Möglichkeit darstellen, optische Komponenten mit individuellen Eigenschaften herzustellen. Im diesem Artikel wird eine erste Erfahrung geteilt, welche Schritte sich als nützlich erwiesen haben. Es gibt Versuche, Linsen mit einem FDM-Drucker zu drucken. Für diese Versuche wurde ein Harzdrucker verwendet, um eine möglichst homogene Ausfüllung zu erhalten.

4 verschiedene asphärische Linsen und ein Axicon nach der Bearbeitung.


Arbeitsschritte

Design der Linse

Im ersten Schritt steht das Linsendesign. Da die optischen Eigenschaften des Epoxidharzes nicht bekannt waren und es sich um eine reine Machbarkeitsstudie mit den vorhandenen Werkzeugen handelt, wurde an dieser Stelle auch auf eine Berechnung der Linsenparameter verzichtet. Als Grunddesign wurde eine plankonvexe, asphärische Linse umgesetzt. Plankonvex, da später im Drucker ohne Support oder Raft gedruckt werden kann. Mit der planen Seite auf dem Druckbett werden die Stärken des Druckers optimal ausgenutzt. Ashpärische Linsen haben verglichen mit sphärischen Linsen weniger Linsenfehler, sind aber in der Herstellung aufwendiger. Sowohl die Formgestaltung als auch das Schleifen bedarf mehr Zeit, wobei die Formgestaltung durch das 3D-Drucken keine Rolle spielt, das der Drucker weitestgehend beliebige Formen gleich zuverlässig drucken kann.

Das Design bestand aus den folgenden Schritten:

  • Skizze des halben Aufschnitts der Linse erstellen.
  • Die ausgewählte Skizze um die z-Achse drehen. Das daraus entstandene Volumen bildet den Linsenkörper.
  • Das 3D-Objekt als STL-Datei exportieren.
Design der Linse in FreeCAD.

3D Drucken

Als Drucker kam der Anycubic Photon M3 zum Einsatz. Der Slicer war Photon Workshop.

Weitere Parameter:

  • Als Harz wurde das "Basic Resin" von 3D-basics.com verwendet.
  • Schichthöhe: 0,025 mm
  • Belichtungszeit: 8,0 s

Nach dem Druck wurden die Linsen noch gereinigt und nachgehärtet. Eine weitere mögliche Bearbeitungsvariante wäre das Eintauchen der Linsen in Harz, um eine glatte, spiegelnde Oberfläche zu erhalten.

Schleifen

Die Linsen können nun geschliffen werden. Zum Einsatz kommen verschiedene Nasschleifpapiere von einer Feinheit von 800 bis 10 000. Begonnen wird natürlich mit dem groben Schleifpapier, bis sich der Widerstand beim Schleifen reduziert, oder die Finger müde werden. Um die Rundungen gleichmäßig zu schleifen, sollte wenig Druck ausgeübt werden sowie eine weiche Unterlage unter das Schleifpapier wie ein Mauspad oder ein Handtuch untergelegt werden.

Verschiedene Feinheiten von Nassschleifpapier.
Weiche Unterlage für die Rundungen der Linse.

Politur

Für das letzte Finish müssen die Linsen poliert werden. Hierfür kann Zahnpasta oder eine Polierpaste verwendet werden. Benötigt wird hierfür ein Poliertuch, eine Polierpaste der Wahl und die Linsen. Nach dem Einreiben der Linsen mit der Paste, müssen die Linse mit Wasser abgewaschen werden. Wenn alle Schritte sorgfältig durchgeführt wurden, erhält man so eine spiegelnde Oberfläche. Matte, milchige Bereiche oder Beugungsmuster, die durch die einzelnen Druckschichten entstanden sind, deuten darauf hin, dass die Oberfläche noch nicht glatt genug ist. Je nach Ausprägung müssen die Schleifschritte entsprechend wiederholt werden. Man endet immer mit dem feinsten Schleifpapier. Nach dem Schleifen kommt immer die Politur, egal ob zuvor bereits poliert wurde oder nicht.

Polieren als letzen Arbeitsschritt.

Weiterführende Artikel

88x31.png Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0
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