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Eine kleine Evolution im Resin-3D-Druck (mB)

geschrieben von: Niklas Etbch

Datum: 12.01.21 22:38


Hallo zusammen,

das Thema 3D-Druck hat ja hier im Forum seit einiger Zeit gefühlt Hochkonjunktur, worüber ich mich sehr freue. Vor allem finden unter diesem Themenbereich fast ausnahmslos konstruktive und angeregte Diskussionen statt. Ich möchte heute ein wenig dazu beitragen.
für mich hatte der Resin-3D-Druck schon länger auch eine persönliche Bedeutung, da ich meine Abschlussarbeit zum Einsatz von 3D-Druckern für die Entwicklung von Modellbau (=Modellbahn) -produkten im professionellen Bereich bei Märklin verfasst habe. Daher weiß ich schon seit jeher - auf die Pixel kommt es an!

Das Funktionsprinzip dieser Drucker dürfte ja inzwischen auch den meisten hier bekannt sein; statt eines verfahrbaren Laserspots (SLA) wird bei diesen Geräten ein LCD-Bildschirm zum Erzeugen einer Maske für die UV-Belichtung des Resins genutzt (MSLA). Zwischen diesen beiden steht in der Entwicklung noch die Nutzung von DLP-Projektoren, bei denen das Licht einer UV-Quelle über ein Mikrospiegelarray projiziert wird. Mit dem LCD-Display hat die Technik ihren vorläufigen Höhepunkt erreicht (lies: die Geräte sind so simpel aufgebaut und damit günstig in der Herstellung wie nur irgendwie möglich), und mit der großen Verbreitung von Mono-Displays wurden diese Drucker auch noch haltbarer und nahezu konkurrenzlos schnell (beim Mono-Display wird der Farbfilter, der ja für ein Smartphone-Display - und nichts anderes wird hier großflächig verwendet - nötig ist um das Bild entsprechend farbig darzustellen, einfach weggelassen). Der Stand der Technik wurde also von Geräten wie dem Anycubic Photon Mono, Elegoo Mars 2 Pro und weiteren Vertretern abgebildet.
(das alles gilt für den Hobby-Bereich, dessen bin ich mir bewusst. In der Industrie ticken die Uhren anders und die Gerätschaften sind andere, wenn sie auch auf dem ähnlichen Prinzip basieren. Stichworte Carbon oder Nexa3D)

Um auf meinen "Pixel-Fetisch" zurückzukommen; der überwiegende Anteil der bereits genannten Geräte arbeitet mit einem 2K-LCD, also einem Display mit einer Auflösung von 2560 * 1440 Pixeln auf ca. 5,5 " Diagonale und entsprechend einer Pixelgröße von 50 µm Kantenlänge. Hierdurch sind der Bauraum in XY-Richtung sowie die maximal erreichbare Auflösung fest vorgegeben und weichen bei den Druckern auch größtenteils nicht ab. Letztes Jahr sind dann noch einige Geräte mit größeren Bildschirmen und 4K-Auflösung auf den Markt gekommen, die bei gleicher Auflösung einen entsprechend größeren Bauraum bieten (bspw. Elegoo Saturn, Anycubic Photon Mono X). Auch wenn hier größere Drucke möglich sind (vielleicht schafft man damit sogar ein ganzes Gehäuse eines Reisezugwagens, ich habe es noch nicht probiert), bringt dies jedoch in vielen Bereichen ganz eigene Aufgaben mit sich, mit denen ich mich noch nicht befasst habe.

Allerdings wurde auch ein Gerät angekündigt, welches die 4K-Auflösung in einem Mono-LCD auf einer kleineren Diagonale abbildet, nach meinem Überblick momentan das einzige erhältliche Gerät das diese Auflösung bietet (abgesehen vom Longer Orange 4K): der Phrozen Sonic Mini 4K.
Hierauf bezieht sich dann auch der Begriff "Evolution" im Titel des Beitrags, denn wie man auf den Vergleichsfotos später erkennen wird, ergibt sich dadurch durchaus noch mal eine nicht zu vernachlässigende Qualitätssteigerung. (Edit: das wichtigste Vergessen: Das LCD bietet 4K auf 6,1", also eine Auflösung von 35 µm bei einem leicht größeren Bauraum als bei den bisherigen Geräten).
Nachdem die Nullserie des Geräts relativ schnell vergriffen war, habe ich gestern dann endlich mein Exemplar bekommen und direkt ein paar Testdrucke gemacht.

Die ganze lange Einleitung nehmt ihr jetzt bitte als Hintergrundwissen zu den nachfolgenden, mehr oder minder unkommentierten Fotos und denkt euch euren Teil dazu!

alt gegen neu:
(wer meinen Photon [trotzdem] abkaufen möchte, schreibt mir gerne eine Nachricht)

https://abload.de/img/img_20210111_173412dckcf.jpg

Kritikpunkte am Sonic:
- die Haube könnte etwas satter sitzen, und vor allem auch tatsächlich UV-Licht vernünftig filtern - das eingeschaltete LCD kann man sehr gut sehen, während es beim Photon mit (nachgerüsteten) UV-dichten Scheiben nahezu nicht zu erkennen ist
- das UV-Licht scheint aus jeder Öffnung am Gehäuse, vor allem seitlich aus dem Lüftungsschlitz
- der ganze Druckkopf ist weniger stabil und etwas schlechter zu justieren als beim Photon, man sieht vor allem wie sich die ganze Baugruppe beim Ablösen einer Schicht nach unten biegt

man kann also sagen, dass Anycubic damals mit dem ersten Photon schon direkt sehr viel richtig gemacht hat. Über die Ausführung des Deckels (Klappe vs. Haube) lässt sich streiten, die Haube hat man immer in der Hand, mit der Klappe hat man deutlich beengteren Zugang zum Inneren...

Nun zum Vergleich der Druckergebnisse.
Gedruckt wurde auf beiden Druckern mit Harzlabs Model Black Resin, dieses nutze ich vor allem weil es praktisch geruchlos ist. Die Drucker stehen neben mir auf dem Schreibtisch, hier bestreiten meine Freundin und Ich das Home Office, keinerlei Belästigung. Mit dem Anycubic Resin, welches damals (vor inzwischen drei Jahren oder so) dem Photon beilag, hat man den Raum verpestet.

Die Druckeinstellungen wurden auf gut Glück an das Mono-Display angepasst, man sieht den Vergleich in den folgenden Screenshots. Bis auf die Belichtungszeiten sind die Profile sehr ähnlich, auch Antialiasing wurde genutzt, weshalb ich die Ergebnisse als gut vergleichbar einstufe.

Photon:

https://abload.de/img/photon_resin-settings1okfe.png

https://abload.de/img/photon_resin-settingslcj0y.png

Sonic:


https://abload.de/img/sonic4k_resin-setting2skwo.png

https://abload.de/img/sonic4k_resin-settingw7j84.png

(die Benennung des Profils bitte jeweils ignorieren, weder Dental noch 50 µm sind hier korrekt, aber so heißt das Standardprofil bei Chitubox)

Es geht um diesen Druckjob, zum Vergleich habe ich hier noch mal zwei Bauteile herangezogen die ich für meinen ICE 3 konstruiert habe. Leider ist beim Photon die Wirbelstrombremse auf dem FEP geblieben, daher müssen wir nur mit der Klimaanlage arbeiten :)

https://abload.de/img/bersichtlyjq3.png

Bei der Druckzeit würde man ja anhand der stark abweichenden Belichtungszeiten deutliche Vorteile beim Sonic erwarten. Die Gesamtdruckzeit ergibt sich allerdings auch zu einem großen Teil aus Nebenzeit, wie Druckplattform heben und senken, sowie warten bis das Resin nachgelaufen ist - hier gibt es aber noch Verbesserungspotential meinerseits.

https://abload.de/img/photon_druckzeito4kz2.png https://abload.de/img/sonic4k_druckzeitbbj5w.png

Jetzt zum Vergleich. Sonic links, Photon rechts.

es fällt zunächst auf, dass das Bauteil beim Sonic eine viel glattere, nahezu reflektierende Oberfläche aufweist. Dieser Umstand kommt auf den Fotos tatsächlich schwächer rüber als vor der Kamera.

https://abload.de/img/dsc03051_1kuj5p.jpg

https://abload.de/img/dsc03049_1ckju4.jpg

Das Lüftergitter auf der Oberseite hat eine Maschenweite von 0,2 mm und "Drahtstärke" von 0,1 mm! Die Schrauben am "Flanschblech" oben haben einen Durchmesser von 0,3 mm.

https://abload.de/img/dsc03050_189k7d.jpg

einige Screenshots aus dem CAD, damit man den Sollzustand noch besser erkennt:

https://abload.de/img/klimaanlage_cad2kskvj.png

https://abload.de/img/klimaanlage_cad4ikym.png

Um die Konturen besser abzubilden, habe ich die Teile kurz grundiert (leider nicht besonders gründlich bzw. sauber...). Hier also noch mal mit Kontrast:

https://abload.de/img/dsc03058_1mzjve.jpg

https://abload.de/img/dsc03055_1xakta.jpg

https://abload.de/img/dsc03054_1kfjd5.jpg

Ich denke, der Unterschied wird klar.

Die Wirbelstrombremse auch noch mal abgebildet, hier entsprechend nur das Exemplar vom Sonic:

https://abload.de/img/dsc03053_19sk6n.jpg

https://abload.de/img/dsc03052_1ybji8.jpg

der Sechskant, beim ersten Foto ca. in Bildmitte, hat eine Schlüsselweite von 0,4 mm. Der Rand um die Koppelstange ist 0,1 mm breit.


Ich freue mich sehr über mein neues Werkzeug, welches dieses Jahr dann auch mal so richtig zum Einsatz kommen soll. Den Photon habe ich schon fast drei Jahre, leider habe ich ihn nur relativ selten genutzt.

Wer hier noch mitliest - ich würde gerne mal sehen, wie sich die hier erreichbare Qualität gegen "richtige" SLA-Drucker, z.B. einen Formlabs schlägt. Der Vorteil bei den SLA-Druckern, dass keine Stufeneffekte aufgrund der Pixel auftreten, wird m.E. durch die noch mal höhere Auflösung hier ein Stück weit egalisiert. Falls also jemand zugriff auf ein solches Gerät hat und an einem Vergleich interessiert ist, bitte melden!

Schönen Feierabend,
Niklas



1-mal bearbeitet. Zuletzt am 12.01.21 22:48.
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