3D-Druck: Bohrungen richtig dimensionieren
3D-Druck: Bohrungen richtig dimensionieren – Lochdurchmesser messen und kompensieren
Wer beim 3D-Druck schon einmal eine Schraube, einen Stift, eine Achse oder einen Gewindeeinsatz in eine gedruckte Bohrung einsetzen wollte, kennt das Problem: Eine im CAD mit 5,0 mm konstruierte Bohrung ist nach dem Druck nicht zwangsläufig 5,0 mm groß.
Oft fällt die Bohrung kleiner aus als konstruiert. Wie viel kleiner, hängt unter anderem vom Drucker, Filament, Druckprofil und weiteren Einstellungen ab.
Ich wollte deshalb nicht länger mit pauschalen Zugaben wie „mach die Bohrung einfach 0,2 oder 0,3 mm größer“ arbeiten, sondern herausfinden:
Wie groß werden meine Bohrungen tatsächlich – und lässt sich die Abweichung reproduzierbar ausgleichen?
Dafür habe ich eigene Prüfplatten konstruiert, mit PLA Basic und ASA gedruckt und anschließend mit Stahl-Prüfstiften vermessen.
Die beiden Prüfplatten stelle ich weiter unten im Artikel kostenlos zum Download zur Verfügung.
Im Laufe der Versuche kamen noch einige weitere Fragen hinzu:
- Unterscheiden sich PLA und ASA?
- Welchen Einfluss hat die Druckgeschwindigkeit?
- Wie funktioniert die X-Y-Lochkompensation in Bambu Studio?
- Ist der eingetragene Kompensationswert eine Änderung des Durchmessers oder des Radius?
- Funktioniert eine gefundene Einstellung auch auf einem anderen Drucker?
Aus einem kleinen Test wurde damit eine recht umfangreiche Messreihe.
Warum gedruckte Bohrungen oft kleiner werden
Bei einem FDM-Drucker wird eine runde Bohrung aus vielen einzelnen extrudierten Bahnen aufgebaut. Dabei spielen unter anderem Linienbreite, Materialfluss, Temperatur, Geschwindigkeit und die Eigenschaften des Filaments eine Rolle.
Das bedeutet in der Praxis:
CAD-Sollmaß und tatsächlicher Bohrungsdurchmesser können voneinander abweichen.
Besonders interessant ist dabei, dass die Abweichung nicht zwangsläufig bei jedem Durchmesser und jedem Material identisch sein muss.
Genau deshalb wollte ich die Sache messen, statt mich auf einen pauschalen Korrekturwert zu verlassen.
Die Prüfplatten
Für die Versuche habe ich zwei Lochkalibrierungsplatten konstruiert. Die Geometrie ist grundsätzlich gleich; die beiden Varianten unterscheiden sich hauptsächlich durch die Beschriftung für PLA Basic und ASA.
Die Prüfplatten enthalten Bohrungen in 0,1-mm-Abstufungen über einen großen Durchmesserbereich.
Dadurch lässt sich beispielsweise nicht nur feststellen, ob eine nominelle 6-mm-Bohrung passt, sondern auch, ob der passende Wert vielleicht bei 6,2, 6,3 oder 6,4 mm liegt.
Gedruckt habe ich die ursprünglichen Prüfplatten ohne X-Y-Lochkompensation. Das ist wichtig, denn zunächst wollte ich wissen, welche Abweichungen der Druck unter normalen Bedingungen überhaupt erzeugt.
Der praktische Test mit dem gedruckten PLA-Prototyp hat gezeigt: Die Blende passt, lässt sich problemlos einsetzen und ist trotz ihrer relativ schlanken Konstruktion ausreichend stabil.
Messen mit Stahl-Prüfstiften
Zum Vermessen habe ich einen gebrauchten Satz Stahl-Prüfstifte verwendet, den ich über Kleinanzeigen bekommen habe.
Die Prüfstifte ermöglichen eine wesentlich reproduzierbarere Beurteilung als beispielsweise das Messen einer kleinen gedruckten Bohrung mit einem normalen Messschieber.
Als Messwert habe ich jeweils den größten Prüfstift verwendet, der ohne nennenswerten Widerstand sauber in die Bohrung passt.
Passte ein Stift nur noch schwer, habe ich diesen nicht mehr als passenden Durchmesser gewertet.
Eine Einschränkung gibt es dabei natürlich: Meine Prüfstifte liegen überwiegend in 0,1-mm-Schritten vor. Der tatsächliche Durchmesser einer Bohrung kann also zwischen zwei Messwerten liegen.
Wenn beispielsweise 3,0 mm problemlos passen und 3,1 mm bereits zu stramm sind, könnte der tatsächliche Durchmesser irgendwo dazwischen liegen.
Man könnte die Messung mit 0,05-mm-Abstufungen noch weiter verfeinern – aber irgendwo muss man es auch gut sein lassen. 😉
Das Ergebnis:
ASA und PLA Basic verhalten sich unterschiedlich
Die komplette Messreihe zeigt zunächst sehr deutlich:
Ohne Lochkompensation fallen die gedruckten Bohrungen überwiegend kleiner aus als das CAD-Sollmaß.
Dabei zeigte sich außerdem ein Unterschied zwischen den beiden getesteten Filamenten.
Bei ASA lag die notwendige Korrektur über weite Bereiche ungefähr bei 0,3 bis 0,4 mm, während PLA Basic bei größeren Durchmessern tendenziell geringere Abweichungen zeigte.
Wichtig ist mir dabei: Das sind keine allgemeingültigen Werte für ASA oder PLA.
Es sind die Ergebnisse meines Druckers, meiner Filamente und meines verwendeten Druckprofils.
Das Diagramm zeigt sehr schön, dass eine pauschale Aussage wie:
„Bei einem 3D-Drucker muss man Bohrungen immer 0,3 mm größer konstruieren.“
zu einfach wäre.
Hat die Druckgeschwindigkeit Einfluss auf den Bohrungsdurchmesser?
Das war eine Frage, die während der Messungen aufkam.
Gefühlt könnte man erwarten, dass eine deutlich veränderte Druckgeschwindigkeit auch einen erheblichen Einfluss auf die Maßhaltigkeit der Bohrungen hat.
Also habe ich dafür einen eigenen Versuch aufgebaut.
Die Testkörper enthielten jeweils fünf CAD-Bohrungen:
3,0 / 3,1 / 3,2 / 3,3 / 3,4 mm
Gedruckt wurde mit PLA in vier Geschwindigkeitsstufen:
50 %, 75 %, 100 % und 125 %
Das Ergebnis hat mich durchaus überrascht.
Die gemessenen Unterschiede zwischen den verschiedenen Geschwindigkeiten waren sehr gering. Teilweise waren die Messwerte sogar vollständig deckungsgleich.
Das bedeutet nicht, dass Geschwindigkeit grundsätzlich keinen Einfluss auf die Maßhaltigkeit eines 3D-Drucks hat. Innerhalb des von mir getesteten Bereichs war ihr Einfluss auf diese Bohrungen jedoch deutlich geringer als zunächst erwartet.
Zweiter Geschwindigkeitstest mit +0,30 mm Lochkompensation
Anschließend habe ich denselben Versuch mit aktivierter X-Y-Lochkompensation wiederholt.
Dabei habe ich zunächst +0,30 mm eingestellt.
Und genau dieser Versuch brachte eine wichtige Erkenntnis.
Die Bohrungen wurden nicht etwa ungefähr 0,30 mm größer im Durchmesser – sondern etwa 0,60 mm.
Damit war +0,30 mm für meinen Zweck eindeutig zu viel.
X-Y-Lochkompensation in Bambu Studio: Der entscheidende Punkt
In Bambu Studio befindet sich die Einstellung unter:
Qualität → Präzision → X-Y-Loch-Kompensation
Der eingetragene Wert wirkt als Kontur-Offset.
Bei einer runden Bohrung wird die Kontur also auf allen Seiten verschoben. Eine Einstellung von:
+0,15 mm
vergrößert den Durchmesser deshalb theoretisch um ungefähr:
2 × 0,15 mm = 0,30 mm
Das erklärte auch sofort das Ergebnis meines vorherigen Versuchs mit +0,30 mm: Daraus wurden ungefähr +0,60 mm im Durchmesser.
Diese Unterscheidung ist wichtig, wenn man die Lochkompensation gezielt einsetzen möchte.
Der Test mit +0,15 mm Lochkompensation
Nachdem klar war, wie die Einstellung wirkt, habe ich einen weiteren Testkörper mit vier deutlich unterschiedlichen Bohrungen konstruiert:
- 3 mm
- 5 mm
- 7 mm
- 9 mm
Diesmal wurde in Bambu Studio eine X-Y-Lochkompensation von +0,15 mm eingestellt.
Das Ergebnis:
CAD-Sollmaß | gemessener Istwert |
3,0 mm | ca. 2,95 mm |
5,0 mm | 5,0 mm |
7,0 mm | 7,0 mm |
9,0 mm | 9,0 mm |
Die 3-mm-Bohrung war ein Grenzfall. Deshalb habe ich sie mit ungefähr 2,95 mm bewertet.
Bei 5, 7 und 9 mm entsprach das Ergebnis dagegen praktisch genau dem gewünschten Sollmaß.
Damit war +0,15 mm X-Y-Lochkompensation für diesen PLA-Test ausgesprochen passend.
Funktioniert das auch auf einem anderen Drucker?
Hier wurde es noch einmal interessant.
Die bisherigen Versuche hatte ich mit meinem Bambu Lab H2C durchgeführt. Da ich zusätzlich noch einen Bambu Lab P1S zur Verfügung habe, habe ich den 3/5/7/9-mm-Test auch dort gedruckt.
Gleiches Prinzip, PLA und wiederum:
X-Y-Lochkompensation +0,15 mm
Das Ergebnis war praktisch identisch.
Auch beim P1S lagen 5, 7 und 9 mm sehr genau am CAD-Sollmaß. Die kleine 3-mm-Bohrung lag ebenfalls ungefähr bei 2,95 mm.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Kann ich die Transportsicherung auch aus PLA drucken?
Ja. Mein gezeigter Prototyp wurde aus PLA gedruckt und funktioniert mechanisch einwandfrei. Für den dauerhaften Einsatz im Camper, Wohnmobil oder auf einem Boot empfehle ich jedoch ASA, da es deutlich temperatur-, UV- und witterungsbeständiger ist.
Muss ich den kompletten Nespresso-Kapselhalter neu drucken?
Ja – sofern der vorhandene Kapselhalter aus PLA besteht. Für den dauerhaften Einsatz im Camper, Wohnmobil oder auf einem Boot empfehle ich, Grundkörper, eventuell benötigte Adapter und die Transportsicherung aus ASA zu drucken.
Ist der vorhandene Kapselhalter bereits aus ASA gedruckt, muss er natürlich nicht neu hergestellt werden. Dann genügt es, die passende Transportsicherung aus ASA zu ergänzen.
Kann ich den Schriftzug „CAMPERCAFFEE“ oder „BORDCAFFEE“ ändern?
Ja. In den bereitgestellten 3MF-Dateien ist der Schriftzug editierbar. Er kann direkt in Bambu Studio beispielsweise durch den Namen des Campers oder Boots, einen eigenen Begriff oder einen Spitznamen ersetzt werden. Natürlich kann der Text auch komplett entfernt werden.
Warum gibt es zwei verschiedene 3MF-Dateien, aber nur eine STEP- und STL-Datei?
Die eigentliche Konstruktion der Transportsicherung ist bei beiden Varianten identisch. Deshalb reicht jeweils eine STEP- und eine STL-Datei. Die beiden 3MF-Dateien unterscheiden sich dagegen durch die vorbereitete Gestaltung CAMPERCAFFEE bzw. BORDCAFFEE.
Muss ich bei der 3MF-Datei etwas beachten, wenn ich ASA verwenden möchte?
Ja – unbedingt. Die bereitgestellten 3MF-Dateien sind mit den PLA-Filamenten meines Musterdrucks vorbereitet. Wer die Transportsicherung aus ASA druckt, muss deshalb vor dem Druck in Bambu Studio die hinterlegten PLA-Filamente durch die tatsächlich verwendeten ASA-Filamente ersetzen und die Farben entsprechend zuweisen.
