Wie Warping im 3D-Druck zustande kommt und was Sie dagegen tun können

Wenn Sie sich mit dem 3D-Druck beschäftigen, dann sind Sie neben dem Ghosting– und Stringing-Effekt mit Sicherheit schon auf andere Herausforderungen dabei gestoßen. Besonders, wenn Sie die FDM-Technologie mit Filamenten verwenden, könnte es bereits vorgekommen sein, dass Ihnen das sogenannte Warping untergekommen ist. Beim Warping, auch als Materialverzug bekannt, innerhalb des 3D-Drucks handelt es sich beim additiv gefertigten Objekt um eine nach oben erfolgende Krümmung, die vor allem bei den ersten Schichten, die am Druckbett haften, zustande kommen. Hierbei können die Wölbungen der einzelnen Schichten so stark sein, dass sich noch bereits während des Druckvorgangs der nach oben wölbende Teil des Modells vom Druckbett löst und somit der gesamte 3D-Druck durch das Warping fehlgeschlagen ist. Wieso aber tritt dieses unangenehme Phänomen während des 3D-Drucks auf und wie könnte sich dies für Ihren zukünftigen Druck verhindern lassen? Wir erklären Ihnen die Möglichkeiten im Detail!

Um zunächst die Frage nach dem „Warum“ zu beantworten: Die Verformung hängt im Wesentlichen mit der Temperatur zusammen. Das kann bei jedem Teil passieren, besonders aber bei solchen, die aus Hochtemperaturwerkstoffen hergestellt werden. Extrem große oder lange Teile aus diesen Werkstoffen können ebenfalls besonders gefährdet sein, da die Temperaturkontrolle schwieriger sein kann. Nutzen Sie beispielsweise ABS bei einer Drucktemperatur von mehr als 200 °C und lassen es anschließend auf eine gewohnte Raumtemperatur abkühlen, so müssen Sie mit einer Verminderung von fast 1,5 % rechnen – je nach Größe des Teils sogar mehr! Und da der Krümmungs-Effekt bei den ersten Schichten beginnt, so wird dieser während des gesamten Drucks über weitergetragen, bis dieser schließlich nahezu komplett verformt ist. Physikalisch erklärt werden beim Erhitzen des Materials Thermokunststoffe flüssig, dehnen sich aber gleichzeitig auch aus. Wenn sie in weiterer Folge dann wieder abkühlen (auf Zimmertemperatur zum Beispiel), so ziehen sie sich auch wieder zusammen, was bedeutet, dass eine Bewegung entsteht. Und genau während dieser Bewegung im bereits extrudierten Kunststoff steckt der Grund für das Warping während dem 3D-Druck! Die bereits kühlere Schicht zieht sich zusammen und nimmt gleichzeitig die noch erhitzten Schichten mit sich, was am Ende in dem Materialverzug resultiert.

Bild: Two Trees

Wie können Sie Ihren 3D-Druck vor dem Warping schützen?

Wie bei so vielen Herausforderungen, mit denen Sie im Zuge des 3D-Drucks aneinander geraten, stellt die richtige Einstellung der Temperatur einen essentiellen Teil dar! Allerdings bezieht sich die Temperatur in diesem Fall nicht nur auf jene des erhitzten Filaments, sondern besteht aus weiteren Komponenten: Zwar sind einige 3D-Drucker von Haus aus mit einem beheizten Druckbett ausgestattet, allerdings sollten Sie dieses auch auf jeden Fall verwenden, denn dies sorgt für mehr Haftung, sodass Ihr 3D-gedrucktes Teil weniger Chance hat, sich zu lösen und zu wölben. Außerdem empfiehlt es sich, die Zimmertemperatur hierbei im Auge zu behalten. Wie wir bereits angesprochen haben, ist das extreme Abkühlen auf die Zimmertemperatur ein Faktor, der zum Warping beim 3D-Druck führen kann. Versuchen Sie daher, Fenster und Türen geschlossen zu halten wie auch zu vermeiden, dass ein direkter Luftzug auf Ihr 3D-gedrucktes Modell trifft. Der folgende Hinweis zur Vermeidung der Materialwölbung mag vielleicht ein bisschen schwierig umzusetzen erscheinen, allerdings kann er Ihnen einen großen Vorteil gegen Warping bringen: Adaptieren Sie die Abkühlung innerhalb des Druckraums so, dass während den ersten Schichten der auf das Modell gerichtete Lüfter ausgeschaltet oder zumindest mit minimierter Stärke arbeitet. Dies kann nämlich dazu führen, dass die Bindung zur Druckplatte stärker ist.

Um Warping bei Ihrem nächsten FDM-3D-Druck zu vermeiden, sollten Sie außerdem die Druckgeschwindigkeit in Betracht ziehen. Wir haben bereits beim Ghosting wie auch beim Stringing gesehen, dass eine Lösung zur Vermeidung dieser Probleme eine niedrigere Druckgeschwindigkeit sein kann, dies ist auch beim Warping der Fall! Nichtsdestotrotz sollte entsprechend auch die Temperatur der Extruderdüse adaptiert werden. Apropos Einstellmöglichkeiten: Sie sollten wissen, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, um zu überprüfen, ob Ihre Düse gut funktioniert und ob sie an der Platte haftet. Sie können nämlich einen „Raft“, einen „Brim“ oder einen „Skirt“ erstellen. Aber was sind die Unterschiede zwischen diesen drei Optionen?

Beim Rafting werden mehrere aufeinanderfolgende Materialschichten auf Ihre Platte gelegt, bevor der eigentliche Druckvorgang beginnt. Die Münze wird also auf diesem Raft gedruckt, das Sie am Ende natürlich wieder entfernen müssen. Da das Raft unter dem eigentlichen Teil liegt, ist dieses viel weniger anfällig für Warping. Das „Brim“ ähnelt dieser ersten Option sehr, zumindest von der Idee her. Dabei wird eine Schicht um das gedruckte Objekt herum erzeugt, es ist im Grunde eine Art Erweiterung der ursprünglichen Schicht des 3D-gedruckten Teils. Dieser Brim ist also viel dünner und hat weniger Einfluss auf die Haftung des endgültigen Objekts auf der Platte. Dennoch bleibt er interessant, da er weniger Material verbraucht als ein Raft und logischerweise schneller gedruckt werden kann. Die dritte Option ist schließlich der „Skirt“: Hierbei wird das Modell mit einem 3D-gedruckten Umriss umgeben. So können Sie Ihre Düse gut kalibrieren und den Extruder entsprechend belüften. Sie entscheiden, wie hoch dieser Skirt sein soll, aber auch, wie weit er von dem zu druckenden Teil entfernt sein soll.

Hier die Unterschiede von Raft, Skirt und Brim (Bild: Simplify3D)

Die Haftung an der Platte

Wenn Sie nach der Prüfung dieser verschiedenen Möglichkeiten immer noch nicht in der Lage sind, den Warping-Effekt zu beseitigen, finden Sie hier einige weitere Tipps. Wie Sie vielleicht schon bemerkt haben, ist die Haftung an der Platte Ihres 3D-Druckers von entscheidender Bedeutung. Verwenden Sie ruhig einen Klebstoff, um sicherzustellen, dass sich Ihr Druck während der ersten Schichten nicht verzieht. Sie können zum Beispiel speziell entwickelte PVA-Klebestifte verwenden, die Sie in einer dünnen, gleichmäßigen Schicht auf die Druckplatte auftragen. Ansonsten schwören manche Anwender auf die Verwendung von Lack. In jedem Fall empfehlen wir Ihnen, vor der Verwendung dieser Produkte einen 3D-Drucktest durchzuführen, um sicherzugehen, dass Sie Ihre Druckplatte nicht beschädigen, wenn Sie versuchen, das Modell abzuheben. Achten Sie generell darauf, dass Ihr Tablett gut gereinigt und frei von Rückständen aus dem vorherigen Druckvorgang ist, da eine schmutzige Bauplatte ebenfalls zu einer Verformung des Materials führen kann.

Schließlich sollten Sie auch die Kalibrierungsparameter Ihrer Platte überprüfen: Ein schlecht nivelliertes Tablett kann das Waring-Phänomen verursachen. Wenn Sie immer noch Probleme haben, ist es vielleicht an der Zeit, ein anderes Filament zu testen. Ansonsten empfehlen wir Ihnen, sich in den schlimmsten Fällen an den Hersteller des 3D-Druckers zu wenden.

Sie können die Verwendung von Klebstoff in Betracht ziehen! (Bild: Makerbot)

Wie wir sehen, gibt es für das Zustandekommen des Warpings einige Gründe, genauso wie auch Möglichkeiten, diese zu beheben! Sollten Sie allerdings danach immer noch Probleme damit haben, sollten Sie möglicherweise ihr Filament auswechseln. Andernfalls empfiehlt es sich in den dringendsten Fällen, Ihren 3D-Druck-Hersteller zu kontaktieren.

Haben Sie schon einmal Probleme beim 3D-Druck mit Warping erlebt?  Lassen Sie uns dazu 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: Makerbot