CAM-Software (Digitaler Workflow)

Gemeinsames Lernen

Einführung

CAM-Software "übersetzt" die 3D-Daten aus der Konstruktion (CAD) in Steuerungsbefehle für eine CNC-Fertigungsmaschine. Beim 3D-Druck heißt sie auch Slicer-Software (engl to slice - in Scheiben schneiden) . Die Software berechnet dann NC-Code oder G-Code. Dieser wird als Text aus Zahlen und Buchstaben geschrieben und enthält genau die Steuerungsbefehle, die eine CNC-Maschine (additiv oder subtraktiv) dann in bestimmte Aktionen umsetzen kann. Der von der CAM-Software erzeugte G-Code steuert also den 3D-Drucker oder die Fräsmaschine.

CAM-Software für FFF-3D-Drucker

Lernvideo zu CAM-Software (Slicer-Software) für die additive Fertigung am Beispiel der freien CAM-Software Cura:

Für additive (generative) Verfahren wie das 3D-Drucken wird das Objekt von der Software gesliced (in Slices zerlegt, engl. to slice, zerschneiden). Das Objekt wird in viele dünne Schichten zerlegt, die dann Schicht für Schicht gefertigt werden. Je dünner die Slices sind, desto glatter ist später die Oberfläche der Werkstücks. Aber je dünner sie Slices sind, desto länger dauert auch die jeweilige Fertigung.

Im Prinzip kann z.B. die freie CAM-Software Cura G-Code bzw. NC-Code für beliebige 3D-Drucker berechnen. Dazu müssen allerdings viele (evtl. komplexe) Einstellungen vorgenommen werden, da der G-Code für jede Maschine speziell angepasst sein muss.

Die Schichtdicke gibt an, wie dick jeder Slice (jede Schicht) genau sein wird. Je kleiner der Wert, desto höher die vertikale Auflösung des Objektes. Die Oberfläche ist also glatter, je dünner jede Schicht ist. Allerdings dauert der Druck dann auch länger.
Die Stärke der Außenhülle bestimmt, wie dick die äußere Hülle gedruckt wird. Das beeinflusst die Stabilität bzw. Festigkeit des Objektes.
Die Fülldichte gibt an, wie dicht das Material im Inneren des Objektes gedruckt wird. Das beeinflusst ebenfalls die Stabilität bzw. Festigkeit des Objektes. Auch die thermische Kontraktion wird davon beeinflusst. je weniger Material gedruckt wird, desto geringer ist die Schrumpfung.
Die Drucktemperatur bestimmt bei thermoplastischem Material, mit welcher Temperatur der Druckkopf das Material zum Schmelzen bringt.

CAM-Software für Laser-Stereolithografie-3D-Drucker

Bei der Stereolithografie funktioniert die CAM-Software ähnlich wie beim FFF-Druck. Der G-Code steuert nur statt des Druckkopfes den Laserstrahl, der sich über die Oberfläche bewegt.

CAM-Software für DLP-3D-Drucker

Lernvideo mit der Slicer-Software Photon-Workshop der Firma Anycubic für DLP-Drucker:

Für die DLP-Technik werden Modelle ebenfalls gesliced. Auch hier entscheidet die Schichtstärke über die Oberflächenqualität. Die Abkürzung DLP bedeutet "Digital Light Processing". Für jeden Slice wird anschließend ein Schwarz-Weiß-Bild erstellt. Diese Bilder werden nacheinander durch eine Scheibe auf das Harz projiziert. Der weiße Teil des Bildes polymerisiert das Harz, im schwarzen Teil des Bildes passiert nichts. Die Auflösung der Lichtquelle ist entscheidend für die horizontale Auflösung des Objektes. Mittlerweile sind 4K oder 6K-Lichtquellen auch bei günstigen Druckern Standard.

Gemeinsames Lernen

Fülle nun zum Abschluss des gemeinsamen Lernens dieses Arbeitsblatt aus.

Übungen

Slicersoftware 1

Erzeuge mit der CAM-Software Cura den G-Code bzw. NC-Code, mit dem ein 3D-Drucker deinen Stumpf fertigen kann. Das folgende Lernvideo zeigt dir den einfachen Umgang mit der Software.

Verwende als Schichtdicke 0,2mm und als Fülldichte 25%. Die Temperatur zum Drucken des Materials soll 245°C betragen. Speichere den erzeugten G-Code in deinem Projektordner.

Kopiere einen Teil deines G-Codes in eine Textdatei. Drucke die Datei aus und hefte sie zu deinen Projektunterlagen.

Screencast zur Verwendung der CAM-Software Cura:

Slicersoftware 2

Öffne die Software Cura, lade eines deiner konstruierten Modelle und passe die Parameter so an, dass die vertikale Auflösung 0.1mm beträgt, das Objekt zu 10% gefüllt ist und die Außenwände 1,2mm dick sind.

Der Screencast unten zeigt dir den Umgang mit Cura.

Außerdem hast du festgestellt, dass der Kunststoff zu flüssig bzw. zu heiß gedruckt wird. Das hast du daran erkannt, dass der Kunststoff ständig am Objekt Fäden zieht. Passe den entsprechenden Parameter ebenfalls um ca. 10° an.

Erzeuge den G-Code und speichere ihn in deinem Projektordner.

Erläutere schriftlich, was deine Anpassungen für die Fertigungszeit und die Oberflächenqualität deines Objektes bedeuten!

Slicersoftware 3

Importiere eine deiner STL-Datein in die CAM-Software Photon-Workshop. Slice mit möglichst feiner Schichtstärke. Fertige einige Bildschirmfotos der erzeugten schwarz-weiß-Bilder an. Erläutere mit ihrer Hilfe schriftlich, wie die schichtweise Polymerisation des flüssigen Harzes (Oligomer) funktioniert.

Speichere deine Dokumente in deinem Porojektordner.

Alles folgende wird zur Zeit nicht unterrichtet, das wir am ADBK im Moment nur vier statt fünf Tage für das Unterrichtsprojekt Zeit haben.

CAM-Software für Fräsmaschinen

Lernvideo zu CAM-Software für subtraktive Fertigung am Beispiel der CAM-Software DS-CAM:

Um z.B. ein Modellsegment im Labor zu fräsen, müssen grundsätzlich einige Arbeitsschritte mit der CAM-Software durchgeführt werden.

Die STL-Daten des konstruierten Modells werden in die Software importiert.
Das Objekt wird nach bestimmten Kriterien im Rohling platziert. Diesen Vorgang bezeichnet man als Nesting.
Es muss eine sogenannte Frässtrategie ausgewählt werden. In der Frästrategie sind viele verschiedene Parameter (Einstellungen) für den Fertigungsprozess festgelegt.
Je nach verwendetem Werkstoff oder späterem Verwendungszweck ist in der Frästrategie z.B. festgelegt, mit welchen Werkzeugen die Maschine arbeitet soll.
Der Bahnabstand der Fräsbahnen bestimmt, wie glatt die Oberfläche des Werkstücks wird. Außerdem wird die Fräszeit dadurch beeinflusst.
Die Drehzahl und der Vorschub des Werkzeugs bestimmen die sogenannte Schnittgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug durch den Rohling "schneidet".
Die Fräsbahnen sind die Wege, die das jeweilige Werkzeug, also die Fräse, beim Bearbeiten des Rohlings zurücklegt. Liegen sie eng aneinander, dann wird die Oberfläche glatt, liegen sie weit auseinander, wird die Oberfläche eher rauh.
Die grobe Vorbearbeitung, also das schnelle Entfernen von viel Material, nennt man Schruppen.
Die endgültige feine Bearbeitung der Werkstückoberfläche heißt Schlichten.

Selbstlernen

Wähle nun, evtl. mit Beratung durch die Projektlehrerin bzw. den Projektlehrer, einen zu dir und deiner Motivation passenden Kompetenzlevel aus.

Dies sind die Jobs to do und die Kompetenzchecklisten für die einzelnen Kompetenzlevel:

Die Referenzierung findet in dieser Lernsituation durch Abgabe einer Graf-iz statt.

Zusätzlich Inormationen:

Diese beiden Videos sind in englischer Sprache und beziehen sich auf die Photon Workshop Software der Firma Anycubic.