Für einige Leute, die sich für den 3D-Druck interessieren, ist das Erstellen eines Projekts, das völlig klar ist, so etwas wie ein heiliger Gral. Wie jeder, der es ausprobiert hat, Ihnen sagen wird, ist es nicht so einfach, ein klares Filament zu verwenden. Um dieses Kunststück zu erreichen, sind sehr spezifische Druckereinstellungen und Nachbearbeitung erforderlich, die alle grundlegende Konzepte der Optik berücksichtigen.

Wie erreicht man einen vollständig transparenten 3D-Druck? Wundern Sie sich nicht mehr, denn wir haben die Erfahrung von Menschen gemacht, die mit transparentem 3D-Druck erfolgreich sein konnten, und diese Kurzanleitung entwickelt. Der Prozess selbst wird nicht schnell gehen – alles, was wir sagen können, ist, dass wir hoffen, dass Sie die Geduld haben.

Was braucht es, damit etwas transparent ist? Ein Überblick über die Optik

Beginnen wir unseren Leitfaden mit einer kurzen Diskussion über die Optik, indem wir diese Frage beantworten– Was macht ein Objekt transparent? Wenn wir ein Objekt entwerfen, das so klar oder transparent wie möglich sein soll, versuchen wir zwei Phänomene zu vermeiden: die Absorption und Beugung von Licht.Absorption bezieht sich auf die Fähigkeit eines Objekts, Licht zu absorbieren, anstatt es zu reflektieren oder durchzulassen. Dies geschieht, weil die Elektronen eines opaken Materials Energiezustände haben, die es ihnen ermöglichen, sich von einem Band zum anderen zu bewegen und dadurch Energie von den Photonen des Lichts zu absorbieren.

In transparenten Objekten sind die Energieniveaus so angeordnet, dass sie Photonen mit der Frequenz des sichtbaren Lichts absorbieren. Es ist jedoch möglich, dass sie Photonen von infrarotem oder ultraviolettem Licht oder Licht mit Frequenzen absorbieren, die vom bloßen menschlichen Auge nicht gesehen werden können.

Während Absorption typischerweise ein Phänomen ist, das eine Funktion des Materials ist, kann Beugung durch Verarbeitung gesteuert werden. Bei der Beugung verhindert die Streuung der Lichtstrahlen oder innere Reflexionen, dass Licht durch ein Objekt übertragen wird. Dies ist normalerweise auf Verunreinigungen im Material oder Unvollkommenheiten in der Materialoberfläche zurückzuführen.Materialien aus Kristallen – wie Glas – zeigen auch Transparenz, weil die Grenzen zwischen benachbarten Kristallen kleiner sind als die Frequenz des sichtbaren Lichts. Dies wird durch die schnelle Abkühlung von Glas unter Hochdruck erreicht, was zur Bildung sehr kleiner Kristalle mit sehr kleinen Korngrenzen führt.

Unsere wichtigste Erkenntnis aus dieser Diskussion ist, dass es zwei Möglichkeiten gibt, die wir beim 3D–Druck eines klaren Objekts berücksichtigen müssen – das Material und seine Verarbeitung. Lassen Sie uns jeden einzeln angehen.

Verwenden Sie ein klares Filament

Die erste Komponente unserer Mission ist das Material. Glücklicherweise ist dies eine ziemlich einfache Angelegenheit. Klare Filamente sind keine Seltenheit mehr. Die meisten klaren Filamente, die Sie heute kaufen können, bestehen aus PLA, aber es gibt auch verschiedene Optionen aus PETG oder ABS.

Das Material selbst spielt keine Rolle. Jede der drei oben aufgeführten Filamentoptionen kann verwendet werden, um nahezu perfekt klare 3D-Drucke zu erstellen. Beachten Sie jedoch, dass nicht alle Kunststoffe von Natur aus klar sind. Insbesondere ABS ist ein von Natur aus gelblich-weißer Kunststoff, der Additive benötigt, um ein klares Erscheinungsbild zu erzielen.

Was Sie brauchen, um anspruchsvoller zu sein, ist die Qualität der klaren Filamente zwischen verschiedenen Marken. Zunächst einmal möchten Sie ein Filament, das tatsächlich klar aussieht. Abhängig von der Marke und der Herstellung des Filaments können sich einige klare Filamente als leicht durchscheinend herausstellen oder einen geringfügigen gelben Farbton aufweisen. Seien Sie auch vorsichtig bei Filamenten mit Luftblasen, da diese leicht zu starker Lichtbeugung führen und ein vollkommen klares Erscheinungsbild unmöglich machen können.

Wählen Sie aus, welche Achse transparent sein soll

Bevor Sie mit dem Drucken eines Modells fortfahren, sollten Sie entscheiden, auf welchen Achsen das Objekt transparent sein soll. Werden Sie es von der Seite (x- und y-Achse) oder von oben (z-Achse) durchschauen? Das Erreichen von Transparenz in der z-Achse ist viel einfacher und in der x-Achse und y-Achse deutlich komplizierter. Leider ist letzteres häufiger der Fall. Bei festen Objekten könnte sogar Transparenz in allen drei Achsen das Ziel sein.

Drucken mit großen Ebenen

Bei der Einstellung der Druckparameter müssen wir berücksichtigen, dass wir versuchen, Beugung und innere Reflexion zu reduzieren. Dies bedeutet, dass die Lichtstrahlen breitere Wege mit minimalen Verunreinigungen zu übertragen, durch die die Lichtstrahlen in unvorhersehbare Richtungen abprallen können.

Der erste Weg, um diesen Effekt zu erzielen, besteht darin, mit dicken Schichten zu drucken. Schichthöhen von bis zu 90% des Düsendurchmessers werden empfohlen. Der Grund dafür ist, dass dickere und kugelförmigere Schichten die innere Reflexion reduzieren, indem sie den Lichtstrahlen dickere Materialsegmente zur Verfügung stellen, durch die sie ungehindert hindurchtreten können.

Dünne Schichten sind nicht unbedingt ein Problem, solange Sie sie dazu bringen können, miteinander zu „verschmelzen“ und einen festeren Kunststoffblock zu bilden. Schichtgrenzen, die nicht vollständig verschmolzen sind, können jedoch als Verunreinigungen in der inneren Oberfläche des fertigen Drucks wirken und so Beugung und Brechung verursachen. Das Drucken mit dicken Schichten zwingt das Material auch näher zusammen als normal, wodurch es weniger wahrscheinlich ist, dass sie unterschiedliche Schichtgrenzen bilden.

Langsam und heiß drucken

Sie möchten, dass jede Schicht fast vollständig mit der vorherigen Schicht verschmilzt, daher wird empfohlen, bei der höchstmöglichen Temperatur zu drucken. Dies bedeutet, dass Sie Ihre Drucktemperatur auf den höchsten Wert des empfohlenen Temperaturbereichs des verwendeten Filaments einstellen. In einigen Fällen können Sie sogar davon profitieren, den empfohlenen Bereich um einige Grad zu überschreiten. Auch hier geht es darum, einen einzigen, festen Materialblock anstelle eines mit klar abgegrenzten Schichten zu erstellen.

Eine andere Strategie besteht darin, langsam zu drucken – etwa 30% langsamer als die normale Druckgeschwindigkeit für Ihr Filament. Dies hilft bei der Genauigkeit und stellt sicher, dass die Schichten genau dort abgelegt werden, wo sie sein müssen, um eine vollständige Verschmelzung zu erreichen. Das Einschließen von Luftblasen versuchen Sie auch zu vermeiden, indem Sie langsam drucken. Stellen Sie daher sicher, dass Sie eine Düsenkalibrierung und eine Referenzfahrt des Druckkopfs durchführen, bevor Sie mit dem Druckvorgang beginnen.

Mit 100% Füllung drucken

Wenn Sie ein Objekt in der Achse betrachten, in der es transparent sein soll, kann jede Verschiebung des Materials interne Reflexionen oder Brechungen verursachen. Für feste Objekte bedeutet dies, dass eine Füllung von weniger als 100% einfach nicht ausreicht. Beim Übergang von Kunststoff zu Luft biegt sich das Licht wiederholt, was zu einem fertigen Druck führt, der absolut nicht transparent ist.

Glatt und poliert, als gäbe es kein Morgen

Ein Nachteil des Druckens mit dicken Schichten ist, dass es zu Drucken mit sehr rauen Außenflächen führt. Eine unebene Oberfläche bewirkt die Reflexion von Licht in verschiedene Richtungen, wodurch ein fast undurchsichtiges Aussehen entsteht. Glücklicherweise ist dies ein Problem, das mit geeigneten Glättungs- und Poliertechniken gelöst werden kann.

Wenn Sie mit ABS arbeiten, haben Sie Glück, da Sie einfach die übliche Acetondampfmethode anwenden können. Indem ein ABS-Druck einem Bad aus Acetondämpfen ausgesetzt wird, kann eine sehr dünne Schicht ABS selektiv gelöst werden, um ein perfekt glattes Finish zu erzielen. In den meisten Fällen reicht dies aus, um mit ABS ein perfekt transparentes Aussehen zu erzielen.

Die Fertigstellung eines PLA-Drucks erfordert viel mehr Zeit und Mühe. Das Glätten von PLA basiert auf altmodischem Schleifen, aber Sie müssen dies in einem so raffinierten Maße tun, um Transparenz zu erreichen. Dies bedeutet, dass verschiedene Arten von Schleifpapier verwendet werden, von geringer bis hoher Körnung. Nach Ansicht einiger Experten müssen Sie möglicherweise bis zu 4000 Körnungen erreichen, um einen vollkommen klaren PLA-Druck zu erzielen. Bei dieser Körnung fühlt sich Schleifpapier fast wie Pappe an.

PETG ist ein Filamentmaterial, das vorgefertigt wird, um Drucke mit klaren und glatten Oberflächen zu erzeugen. Es hat auch eine hervorragende Schichthaftung, sodass Sie beim Drucken mit PETG keine Probleme mit der internen Reflexion haben sollten. Es ist weder in Aceton löslich noch glättet es sich so gut wie PLA, aber PETG ist die Art von Filament, die nicht viel Nachbearbeitung benötigen sollte, wenn Sie die richtigen Druckereinstellungen einstellen können.

Polymaker PolySmooth – ein Filament, das speziell für transparente Drucke entwickelt wurde

Da wir uns mit klaren oder transparenten Drucken befassen, wäre es eine Ungerechtigkeit, eines der besten Filamente nicht zu erwähnen, die genau für diesen Zweck hergestellt wurden. Das Polysmooth Filament von Polymaker druckt genauso einfach wie PLA, hat eine ausgezeichnete Schichthaftung und einen weiten Drucktemperaturbereich. Es kommt in einer breiten Palette von Farben, von denen viele so klar und transparent wie möglich gestaltet sind.

Es gibt keine Details darüber, aus welchem Material das Polysmooth–Filament genau besteht – es ist wahrscheinlich ein Geschäftsgeheimnis. Was wir sagen können, ist, dass es eines der am einfachsten zu verwendenden Filamente ist, wenn Sie transparente Objekte erstellen möchten.

Polysmooth kann die gleiche Benutzerfreundlichkeit wie PLA haben, hat aber einen großen Vorteil – Polysmooth ist in Isopropylalkohol oder Ethanol löslich. Dies bietet die Möglichkeit der Glättung über ein Dampfbadbad. Polymaker hat diesen Vorteil genutzt, indem es den Polysher verkauft hat, eine speziell entwickelte Polierkammer, die mit einem kleinen Reservoir geliefert wird, in das Sie den Alkohol geben können.

Anstatt den Alkohol zu erhitzen, wird er in der Kammer vernebelt oder in einem sehr feinen Nebel versprüht. Dieses Alkoholaerosol löst eine sehr dünne Schicht des Polysmooth-Materials auf und erzeugt mit minimalem Aufwand ein perfekt glattes Finish.

Die Polysmooth filament ist viel teurer im vergleich zu standard PLA oder ABS. Die Polysher-Polierkammer bringt Sie um weitere 300 US-Dollar zurück, was das gesamte Setup ziemlich teuer macht. Es steht jedoch außer Frage, wie gut die Kombination funktioniert, wenn Sie vollkommen klare 3D-Drucke erstellen möchten.

Abschließende Gedanken

Im Laufe der Jahre wurde mehrmals versucht, echte Transparenz im 3D-Druck zu schaffen. Heutzutage sind die Technologien und Techniken, die für klare 3D-Drucke erforderlich sind, gut etabliert. Dies bedeutet nicht, dass es einfach sein wird. Wenn Sie es zum ersten Mal versuchen, können Sie mit viel Versuch und Irrtum rechnen, bevor Sie Ergebnisse erzielen, mit denen Sie zufrieden sind.

Es gibt nur ein paar Dinge zu beachten – drucken Sie heiß, langsam und groß und stellen Sie sicher, dass Sie ein hochwertiges transparentes Filament erhalten. Das Polysmooth-Filament von einem Polymaker bietet eine gute Verbindung mit geringem Aufwand, aber Sie können auch mit anderen transparenten Filamenten aus ABS, PLA, PETG oder PC gute Ergebnisse erzielen.