Belastbarkeit durch Konfiguration: Wie optimierte Slicer-Einstellungen PLA-Bauteile verstärken

Bild: Laser Zentrum Hannover e.V.

Eine optimierte Slicer-Konfiguration steigert die mechanische Belastbarkeit von PLA-Bauteilen signifikant – ohne Spezialmaterialien oder komplexe Druckverfahren. Praxistest war ein Wettkampf mit Mini-Robotern.

Der Betreiber des YouTube-Kanals „Maker’s Muse“, Angus Deveson, hat Orca Slicer-Einstellungen vorgestellt, die aus Standard-PLA mechanisch deutlich belastbarere Druckteile erzeugen. Die Methode kommt ohne externe Skripte oder experimentelle Verfahren wie „Brick Layers“ aus, bei denen die Wandlinien ähnlich wie Ziegel im Mauerwerk ineinandergreifen, sowie ohne nicht-planares Drucken mit geschwungenen Oberflächenbahnen.

Wettkampfroboter mit Materialvorgaben

Anlass für die Entwicklung war Devesons Hobby, der Bau kleiner Wettkampfrobotern in der sogenannten Antweight-Klasse. In dieser Kategorie treten Roboter mit einem Gesamtgewicht von 150 Gramm in einer Arena gegeneinander an. Das Regelwerk schreibt vor, dass die Roboterkomponenten aus den gängigen 3D-Druck-Materialien PLA, ABS oder PETG gefertigt sein müssen. Hochleistungswerkstoffe wie Nylon sind nicht zugelassen.

Bislang setzen viele Wettkampfroboter-Bauer für stabile Bauteile auf eine sehr hohe Wandanzahl mit bis zu 99 sogenannten Perimetern. Der gedruckte Part ist zwar dicht, jedoch liegen die Schichten exakt übereinander. Bei harten Schlägen könnte sich die äußere Hülle deshalb ablösen.

Technische Umsetzung: Drei zentrale Parameter

Die Kombination aus vollständig gefülltem Bauteil und versetzten Wandlinien soll nun die Schichten miteinander verzahnen und so die Widerstandsfähigkeit gegen Schlag- und Scherbelastungen erhöhen. Entscheidend ist dabei weniger das verwendete Material als die Art, wie der Slicer die Geometrie in Druckbahnen übersetzt. Welche Einstellungen dabei den größten Einfluss haben, zeigt Deveson anhand von drei Einstellungen im Orca-Slicer Version 2.3.2.

Alternate Extra Wall: Anstelle reiner Wandstrukturen verwendet Deveson eine Füllung mit 100 Prozent. Kernfunktion ist„Alternate Extra Wall“, die alle zwei Schichten eine zusätzliche Perimeterschleife einfügt und die Linien dadurch versetzt anordnet.

Line Width mit automatischer Volumetric Speed Limitation: Zusätzlich variiert die Linienbreite gezielt: Die innere Wand setzt Deveson auf 0,4 mm, die Füllung auf 0,8 mm, extrudiert aus einer 0,4 mm Düse. Moderne Slicer kompensieren die unterschiedlichen Linienbreiten durch automatische Anpassung der Druckgeschwindigkeit über die volumetrische Flussrate.

Durch den Versatz soll die Schmelze besser in die Lücken zwischen den konzentrischen Bahnen fließen, sodass die Schichten ineinandergreifen. Ergänzend stellt Deveson die Sparse Infill Density auf 100 Prozent mit konzentrischem Muster ein.

Set Other Flow Ratios: Mit dem Update auf die aktuelle Orca-Slicer-Version 2.3.2 lässt sich der Effekt zusätzlich verstärken. Die in der Version eingeführte Funktion für spezifische Flussverhältnisse erlaubt eine gezielte Überextrusion einzelner Pfade, ohne die Maßhaltigkeit der Außenwände zu beeinträchtigen. So setzt Deveson etwa für die Internal Solid Infill Flow Ratio den Wert 1,05 ein.

Im Menü „Struktur – Wände“ lässt sich die Option „Abwechselnde zusätzliche Wand“ aktivieren, die Devesons Methode zugrunde liegt.

Die Einstellungen „Fülldichte“ und „Muster für das interne feste Füllmuster“ befinden sich im Orca Slicer unter „Struktur – Füllung“.

Unter „Aualität – Breite der Linie“ setzt Deveson die „Innere massive Füllung“ auf 0,8 Millimeter.

Im Menü „Qualität – Wände und Oberflächen“ finden sich die Einstellungen für „Andere Flussverhältnisse festlegen“, „Interne feste Füllung und Durchflußrate“ und „Nur eine Wand auf den oberen Flächen“.

Praxistest in der Arena

Als Praxistest druckte Deveson ein Werkzeug für seinen Roboter aus Eligoo PLA Plus auf einem Snapmaker U1. Beim Turnier Robot Royale 8 an der University of New South Wales überstand das Teil mehrere Kämpfe sowie fünf Minuten in einer Stahlarena. Die beiden Klingen zeigten plastische Verformung, jedoch keine Delamination.

Die von Devesons optimierten Slicer-Einstellungen lassen sich auf andere Anwendungen übertragen, etwa Halterungen, Werkzeuge oder Funktionsteile, bei denen es auf hohe Festigkeit ankommt. Die Slicer-Projektdatei stellt Deveson zum Download bereit.