3D-Druck Elefantenfuß: So beheben Sie den Druckfehler

Die Designfreiheit ist eines der vielen Vorteile, wofür die additive Fertigung bekannt ist. Leider wird diese beeinträchtigt, wenn das gefertigte Produkt nicht den Wünschen und Vorstellungen entspricht. Sie können mit verschiedenen 3D-Druck Fehlern konfrontiert werden. Beim Stringing z. B. kommt es zu unerwünschten, dünnen Kunststofffäden, die mit der Hand entfernt werden müssen. Ein anderes Phänomen ist das sogenannte Warping: Hier besteht das Problem bei den nach oben gekrümmten ersten Schichten, was sogar eine Ablösung vom Druckbett zur Folge haben kann. Stellen Sie hingegen beim FDM-Druck fest, dass die erste Schicht Ihres Drucks breiter ist als sie eigentlich sein sollte, dann handelt es sich um einen Elefantenfuß. Wodurch dieser 3D-Druckfehler entsteht, warum das ein Problem darstellt und wie Sie einen 3D-Druck Elefantenfuß verhindern können, erfahren Sie in diesem Beitrag!

Bevor wir uns dem Kern dieses Leitfadens widmen, nämlich wie wir dem 3D-Druck Elefantenfuß entgegenwirken können, muss Ihnen bewusst sein, weshalb das Phänomen auftritt. Das Hauptproblem liegt darin, dass die Druckdüse während dem Prozess zu nah am Druckbett ist, auch bekannt unter Baby Stepping oder Z-Stepping. Hierbei drückt die Düse beim Drucken auf die erste Schicht, was zur Folge hat, dass die erste Schicht ausgedehnt wird.Diese ist bedeutend für die Haftung am Druckbett. Ein auftretender 3D-Druck Elefantenfuß stellt insbesondere ein Problem dar, da Fertigungstoleranzen und die allgemeine Maßgenauigkeit des Endteils drastisch gemindert werden. Das heißt, dass das Zusammenfügen von Teilen schwierig bis unmöglich erscheint, da die Passgenauigkeit nicht mehr stimmt. Natürlich leidet auch die Optik des Teils durch den Druckfehler. Zwar kann man den Fehler durch Nachbearbeitung verbessern, jedoch wird sich der Elefantenfuß bei vielen Filamenten trotzdem noch ein wenig bemerkbar machen, wodurch das Gesamtbild des Teils beeinträchtigt wird.

Was kann man gegen einen 3D-Druck Elefantenfuß tun?

Nun kommen wir zum Hauptteil dieses Leitfadens: Wie wirkt man einem 3D-Druck Elefantenfuß entgegen? Das Problem lässt sich auf zwei Weisen lösen. Entweder man findet die grundlegende Ursache, die zum Fehler führt und leitet jeweilige Maßnahmen ein, um es zu beseitigen. Oder man findet Lösungen, die die eigentliche Erzeugung des Elefantenfußes nicht direkt verhindern, sondern eher umgehen. Generell lässt sich raten zuerst den Grund für den Fehler anhand von technischen Eigenschaften zu suchen:

Zunächst müssen Sie sicherstellen, dass das Druckbett richtig ausgerichtet und Abstand zwischen Düse und Druckbett korrekt ist. Die zutreffenden Werte hierfür lassen sich durch manuelle Kalibrierung ermitteln. Dafür benötigen Sie eine dünne Schicht wie etwa Papier oder ein dünnes Stück Metall. Das gewählte Hilfsmittel wird dann zwischen Düse und Druckbett hin und her bewegt. Sobald Sie kurz davor sind, beim Durchschieben auf Widerstand zu stoßen, sollte der korrekte Abstand erreicht sein. Um das zu kontrollieren, können Sie einen Testdruck durchführen und lediglich die erste Schicht drucken. Anhand des Aussehens können Sie feststellen, ob die Kalibrierung richtig ist. Es können drei Szenarien auftreten: Entweder ist die Düse zu hoch, zu niedrig oder genau richtig eingestellt. Bei der ersten Variante werden Lücken auf der Schicht zu sehen sein, während bei einer zu niedrigen Höheneinstellung Rillen durch die Druckdüse auf der gedruckten Schicht entstehen werden. In diesen beiden Fällen wird eine erneute Kalibrierung nötig. Bei einer korrekten Ausrichtung erhalten Sie ein gleichmäßig gedrucktes Ergebnis, welches im nachfolgenden Bild veranschaulicht wird.

Vergewissern Sie sich zudem, ob die Prozesstemperatur, sowohl vom Druckbett als auch vom Hotend, mit der  vom Hersteller empfohlenen Temperatur übereinstimmt. Ist dies nicht gewährleistet, können diverse Probleme beim Druck auftreten. Sollten Sie das gewünschte Ergebnis nicht erhalten, obwohl Sie die oben aufgeführten Schritte befolgt haben können Sie versuchen das Problem auf indirekte Weise zu umgehen:

Eine Methode wäre, einen Raft beim Druckprozess zu verwenden. Beim Rafting werden mehrere aufeinanderfolgende Materialschichten auf Ihre Platte gedruckt, bevor der eigentliche Druckvorgang des gewünschten Teils beginnt. Das bedeutet, Ihr Endprodukt wird auf einem Raft gedruckt. Anschließend muss Letzteres in der Nachbehandlung wieder entfernt werden. Vielleicht erinnern Sie sich an unseren Warping-Artikel, denn hier war eine der Möglichkeiten, das Warping-Phänomen mithilfe eines Rafts zu verhindern. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Raft unter dem eigentlichen Teil liegt und dadurch viel weniger anfällig für Warping ist. Ähnlich ist es auch, wenn ein Raft einem 3D-Druck Elefantenfuß entgegenwirken soll. Dadurch, dass der Raft als Puffer zwischen der ersten Schicht und dem Druckbett agiert, bildet sich das unerwünschte Phänomen im Raft selbst.

Durch die Verwendung eines Rafts bildet sich der Elefantenfuß im Hilfsmittel und nicht im Modell selbst (Bild: Simplify3D)

Verbessertes Ergebnis durch 3D-Modellierung

Sollte der Nachteil dieser Methode überwiegen, nämlich der zusätzliche Schritt der Nachbearbeitung, dann können Sie schon in der 3D-Modellierung ansetzen. Durch das manuelle Anbringen einer kleinen 45°-Abschrägung an der Unterkante des Modells, verhindern Sie nicht direkt die Bildung eines Elefantenfußes, jedoch wird hiermit die Ausprägung im endgültigen Erscheinungsbild begrenzt auftreten. Der Grund liegt in der Tatsache, dass sich der Fehler im freiliegendem Raum bildet, welcher durch die 3D-Modellierung geschaffen wird.

Es gibt zudem Programme, die genau für die Lösung des auftretenden Problems entwickelt wurden. So gibt es z.B. in dem beliebten PrusaSlicer eine “Elephant’s Foot Compensation” Einstellung. Dieser ist im Erweiterten und Expertenmodus von PrusaSlicer unter den Druckeinstellungen zu finden. Mit dieser wird die erste Schicht weniger breit als die restlichen Schichten modelliert. Somit ist der Elefantenfuß einkalkuliert und behindert nicht das Gesamtbild des gedruckten Teils. Obwohl das 3D-Modell in der Vorschau deformiert erscheinen mag, wird das Produkt wie gewünscht gedruckt. Jedoch ist zu erwähnen, dass durch diese Einstellung der Rand eine weniger starke Verbindung zum Modell selbst aufweist. Entsteht beim Druckprozess keine Verbindung, dann ist das Programm zu hoch eingestellt.

Ein weiteres beliebtes Programm zur 3D-Modellierung ist Cura. Hier kann die horizontale Expansion, also die X- und Y-Achse des Modells, eingestellt werden. Ein positiver Wert wird verwendet, um einer Schrumpfung des Materials – häufig vorkommend bei Kunststoffen wie ABS oder Nylon – entgegenzuwirken. Da in diesem Leitfaden das Problem einer gequetschten und somit breiteren ersten Schicht behandelt wird, benötigen Sie einen negativen Wert in der Einstellung. Vom Prinzip her ist diese Methode identisch mit der Lösungsanwendung von Prusa. Sie können sich also je nach bevorzugtem 3D-Druckerprogramm entscheiden.

In Cura können Sie eine negative Horizontale Expansion einstellen, um dem Druckfehler entegegen zu wirken (Bild:Cura)

Abschließend können Sie den 3D-Druck Elefantenfuß in der Nachbearbeitung entfernen. Die aufgeführten Lösungswege mithilfe der 3D-Modellierung helfen die Quetschung in der X- und Y-Dimension zu minimieren, jedoch wird das Problem in der Z-Dimension nicht behoben. Ist letztere Dimension für Sie besonders wichtig, dann können Sie den Fehler in der Nachbehandlung minimieren. Hierfür wird ein Entgratwerkzeug, auch bekannt unter dem englischen Namen “Deburring Tool” verwendet. Die überschüssige Masse wird mit dem Werkzeug abgeschält. Preise variieren stark nach Anbietern, jedoch lässt sich sagen, dass der Verbraucher im Schnitt mit ca. 10-30 € rechnen muss.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass der 3D-Druck Elefantenfuß Ihrem Filamentdruck in vielerlei Hinsicht schaden kann. Nun wissen Sie aber wie man das Druckbett richtig kalibriert, sich die 3D-Modellierung zu Nutze  machen kann und wie Sie den unschönen Fehler in der Nachbearbeitung entfernen können.

Ist bei ihrem 3D-Druck schon einmal ein Elefantenfuß aufgetaucht? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder  LinkedIN  mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

*Titelbildnachweis: Prusa