So funktioniert es: Mehrfarbiger 3D-Druck

Hobby-3D-Druck zum Spaß oder für Projekte ist cool und mit Farben direkt aus dem Drucker ist es das coolste 3D-Druckobjekt aller Zeiten. 3D-Druck in zwei oder mehr Farben oder sogar aus mehreren Materialien ist seit der ersten Veröffentlichung von Open-Source-3D-Druck möglich. Der MakerBot Dual Extruder von 2013 ist der erste Sprung nach vorne für Verbraucher-3D-Drucker mit mehreren Farben und Materialien, die seitdem schnell gewachsen sind.

Können 3D-Drucker mehrfarbig drucken?

Es besteht kein Zweifel, dass die FDM/FFF-Technologie für 3D-Druck die einfachste und kostengünstigste Möglichkeit ist, mehrfarbige 3D-Druckprojekte zu produzieren. Daher hat sich die Entwicklung sowohl für den Verbraucher- als auch den Industriemarkt deutlich verbessert. Materialarten und Farbvariationen für 3D-Druckfilamente sind zu Hauptthemen und Attraktionen in der 3D-Druckbranche geworden. Sogar viele Anbieter und Hersteller von 3D-Filamentmaterialien bringen jetzt attraktive mehrfarbige 3D-Druckfilamente auf den Markt, die auf dem Markt gut angenommen werden. Wenn wir die Farbe der Druckmodelle genau steuern möchten, müssen Sie das Filament für den 3D-Druck in eine andere Farbe ändern.

Hier sind die auf dem Markt verfügbaren Technologiemethoden für Farb-3D-Druck im Filament-3D-Druck.

Ändern der Ebenenfarbe (Pause/Fortsetzen)

Dies ist die grundlegende Methode zum Erstellen von Farben für den 3D-Druck, indem das Filament während des Druckvorgangs manuell durch andere Farben ersetzt wird, indem man Pause/Fortsetzen verwendet. Dies ist ein zeitaufwändiger und mühsamer Vorgang, da der Benutzer den gesamten Vorgang überwachen und Filament laden und entladen muss, um die Farbe zu ändern. Diese Methode ändert die Farbe nur in Richtung der Z-Achse, es handelt sich also nur um einen Farbwechsel der Schichten. Mit dieser Methode ist kein XY-Farbwechsel möglich.

Doppelkopf / 2in1out Hotend / IDEX

Diese bahnbrechende Grundidee kam 2013 von MakerBot, das Dual Head verwendet, sodass 3D-Druckfilamente 2 Farben oder sogar 2 Materialien in einem Arbeitsgang drucken können. Benutzer müssen sich nicht um Farbwechsel kümmern und alles wird automatisch erledigt. Weitere Verbesserungen und Variationen dieser Idee kamen in die 3D-Druckindustrie, wie Dual- oder Multi-Input-Single-Out-Hot-End/Düse oder Dual-X-Achsen-Kopfbewegung (IDEX / Independent Dual Extruder).

Dual Head und IDEX sind ein einfacher Prozess – der Drucker extrudiert das Material, auf dem der Kopf für das jeweilige Modell zugewiesen ist. Ja, es wird immer ein separates 3D-Modell benötigt, um jeden einzelnen Kopf zu verarbeiten.

Der Dual/Multi-In-Single-Out-Prozess ist komplizierter, da der 3D-Drucker einen Rückzugsmechanismus verwendet, um Material aus dem Hot-End herauszuziehen und neues Material aus einem anderen Extruder hineinzuschieben. Dieser Mechanismus ist nur bei Verwendung von Bowden-Extrudern anwendbar.

Mehrfarben-Kit (Filament wechseln)

Mosaik-Palette

Im Jahr 2015 brachte Chris Labelle eine neue Zusatzmaschine namens Mosaic Palette auf den Markt, die 4 Materialien mithilfe eines Schneide- und Schmelzmechanismus (Spleißen genannt) mischen kann, um mehrfarbiges Filament zu erzeugen, und von dort aus kann das Filament in jeden 3D-Drucker eingespeist werden. Das ist eine großartige Idee, da mit diesen Methoden nicht nur 4-farbiges 3D-Druckfilament hergestellt werden kann, sondern noch viel mehr. Diese Maschine muss mit Slicer-Software integriert werden, um zu funktionieren, und das ist keine einfache Vorbereitungsaufgabe. Der andere Nachteil ist, dass dies aufgrund der Materialeigenschaften nur mit PLA möglich ist.

Prusa MMU und Werkzeugwechsler

Als Pionier in der 3D-Druckbranche für Verbraucher hat Prusa in seiner kreativen Produktlinie auch Mehrmaterial-Mehrfarben-Zusatzeinheiten herausgebracht. Der Mechanismus besteht darin, das Filament vom Extruder bis zur Austauscheinheit herauszuziehen. Dieser Austauschmechanismus ist zeitaufwändig, aber kostengünstig und einfach zu implementieren.

Prusa bietet auch eine andere, effizientere Mehrfarbenlösung namens Tool Changer an. Extruder und Düse sind getrennt. Ein Drucker kann bis zu 9 Extruder haben, sodass er mit 9 Farben drucken kann. Wenn eine Filamentfarbe einen Abschnitt des Drucks beendet hat, trennt sich dieser Extruder von der Düse und ein anderer Extruder wird mit der Düse verbunden, um den 3D-Druck fortzusetzen.

Prusa MMU

ERCF / SMuFF

Enrage Rabbit Carrot Feeder (ERCF) und Smart Multi Filament Feeder (SMuFF) ähneln externen Prusa MMU-Modulen. Beide Einheiten sind OpenSource-Entwicklungsprojekte und nur in DIY-Projekten und nicht als freigegebene Verbraucherprodukte verfügbar.

BambuLabs AMS

Die erste Version des beliebten 3D-Druckers von BambuLabs kam direkt mit Multimaterial-/Multifarboptionen namens AMS (Automatic Multi Material Module). Der Modulmechanismus ähnelt auch dem Prusa MMU-System und zieht das Filament bis zur Moduleinheit zurück. Die Beliebtheit liegt daran, dass es einfach zu implementieren und zu warten ist. Das Gute an BambuLabs ist, dass sie ein integriertes Umgebungssystem bieten, sodass Benutzer nicht mit der Einstellung des 3D-Druckers herumbasteln müssen und mit weniger Aufwand sofort Farbe drucken können.

Beim mehrfarbigen 3D-Druck ist für den Druck jeder Farbe ein separates STL-3D-Modell erforderlich. Dies ist ein Muss, da die Slicing-Software jeden Prozess nur anhand eines Volumenmodells erkennt.

Der Austauschprozess für alle Filamente im 3D-Druck mit mehreren Farben verbraucht definitiv viel Abfallmaterial und dauert viel länger. Dies wird als Reinigungs-/Wischsystem bezeichnet, damit die vorherige Filamentfarbe vollständig vom Hotend und der Düse entfernt wird. Beim mehrfarbigen 3D-Druck mit einer Düse ist die Vermeidung mehrerer Marken/Materialien (Beispiele: von PLA bis ABS) ein Muss. Erfolgreicher mehrfarbiger 3D-Druck erfordert einen stabilen Durchfluss und eine stabile Temperatur.

Hier sind zwei wichtige Tipps zur Reduzierung des Spül-/Abfallmaterials:

1. Mehrfarbige kleine Objekte – drucken Sie mehrere. Ein kleines Druckobjekt verbraucht fast genauso viel Zeit und Abfallmaterial wie mehrere Objekte. Anstatt also nur eins zu drucken, fügen Sie einfach mehrere weitere in einem Druckvorgang hinzu.
2. Verwenden Sie die Füllung als Übergangsprozess für den Spülturm. Aktuelle Multicolor-Slicer wie Prusaslicer oder Orcaslicer verfügen über die Einstellungsoption, die Füllung während des Übergangs zum Filamentwechsel als Spülturm zu verwenden. Dies reduziert definitiv Zeit und Materialabfall.

Der mehrfarbige 3D-Druck ist bei Verbrauchern beliebt, da er ohne zu viel manuelle Handhabung und Nachbearbeitung direkt in Farbe 3D-Drucken ermöglicht. Der einfarbige FDM-3D-Druck mit einer Düse ist für die meisten Benutzer im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien immer noch erschwinglich.