Mit dem passenden Filament realisieren Sie im 3D-Druck leitende oder leuchtende Objekte. Wir testen zwei spezielle Filamente und geben Tipps zu deren Einsatz.
Immer häufiger finden 3D-Drucker den Weg in den heimischen Bastelkeller. Damit die Geräte coole Ausdrucke erzeugen, muss man sie mit Filament füttern. Neben klassischen Kunststoffen zur Konstruktion von Bauteilen oder Objekten gibt es Filamente mit speziellen Eigenschaften, etwa lebensmittelechte oder elektrisch leitende Materialien. Letztere enthalten Partikel, die Strom leiten, wodurch das gedruckte Objekt komplett leitfähig wird.
Wir verwenden für unser Experiment ein Filament der Firma 3dk.berlin [1]. Es steht in vier verschiedenen Größen bereit: 300 Gramm, 800 Gramm, 1000 Gramm und 2000 Gramm. Die 300-Gramm-Rolle kostet rund 45 Euro. Das Material ist ein wenig spröder als übliches PLA. In der Praxis stellt das aber kein Problem dar: Nach dem Druck verhält es sich so robust wie jedes andere PLA. Das leitende Filament lässt sich gut mit anderen Varianten zusammen verdrucken.
Allerdings ist das Filament recht anhänglich: Es dauert eine Weile, bis es nach einem Filamentwechsel wieder vollständig aus dem Extruder kommt. Möchten Sie es mit einem anderen Filament mischen, sollten Sie daher einen Dual-Extruder verwenden. Das MMU von Prusa ist hier keine gute Wahl, weil man extrem viel Filamentabfall erzeugen muss, um den Extruder beim Filamentwechsel wieder sauber zu bekommen. Auch das ständige Vor und Zurück der MMU stresst das Material.
Nach dem Ende des Drucks sollten Sie das leitende Filament sofort wieder entfernen und den Extruder gründlich reinigen, wofür es ein spezielles Reinigungsfilament [2] gibt. Alternativ drucken Sie mit einem farblich neutralen Filament so lange einen Testkörper, bis keine schwarzen Partikel mehr zu sehen sind. Das dauert allerdings eine ganze Weile und verschwendet viel Material.
Die Drucktemperatur für das leitfähige Filament liegt wie bei PLA üblich im Bereich von 200 bis 230 Grad Celsius, das Druckbett sollte 60 bis 70 Grad warm sein. Das gedruckte Objekt besitzt einen spezifischen Durchgangswiderstand von 24 Ohm/Zentimeter. Der Oberflächenwiderstand beträgt in Druckrichtung 23 Ohm, senkrecht dazu 53 Ohm. Das leitfähige PLA wurde zur Herstellung von Sensoren und elektromagnetischen Schirmungen entwickelt. Es eignet sich auch zum Aufbau antistatischer Objekte. Mit ein wenig Geschick gelingt zudem der Druck von tatsächlich funktionierenden Platinen – dazu später mehr.
PLA
Die Abkürzung PLA steht für Polylactic Acid, einen Biokunststoff auf der Basis von Milchsäure. Der 3D-Drucker verarbeitet also im Prinzip sauer gewordene Milch. Die Milchsäure im Filament stammt allerdings nicht aus Milch, sondern mittels spezieller Bakterien aus Maisstärke. PLA riecht beim Verdrucken nur wenig und ist komplett ungiftig. In industriellen Kompostieranlagen lässt es sich sogar kompostieren. Das Material wird bei 60 Grad Celsius weich und beginnt bei 150 Grad zu fließen, härtet aber auch schnell wieder aus. Die einzelnen Druckschichten haften hervorragend aneinander, was für robuste Druckobjekte sorgt, die sich nach dem Aushärten nicht mehr verformen. Insgesamt prädestinieren seine physikalischen Eigenschaften PLA zum idealen Ausgangsmaterial für 3D-Drucke.
Bedienfeld
Um an einem praktischen Beispiel zu demonstrieren, was man mit leitendem Filament alles machen kann, bauen wir ein kleines Touch-Panel, das über vier Schaltflächen zwei LEDs an- und ausschaltet (Abbildung 1). Die Dateien für die 3D-Objekte finden Sie im Download-Bereich zu diesem Artikel.
Abbildung 1: Das per 3D-Drucker realisierte Touch-Panel, mit dem Raspberry Pi verbunden.
Um die Berührungen der Schaltflächen zu erkennen, kommt ein MPR121-Modul [3] zum Einsatz. Der Schaltplan in Abbildung 2 zeigt, wie Sie die Komponenten miteinander verbinden. Die Leitungen zum MPR121-Modul werden mit dem leitenden Filament verschmolzen. Mit ein wenig Übung klappt das recht gut. Es schadet aber nicht, sicherheitshalber ein paar Taster mehr auszudrucken.
Abbildung 2: Der Schaltplan des Touch-Panels. Die Taster schalten die zwei LEDs an und aus.
Auf dem Raspberry installieren Sie Raspberry Pi OS Lite (32-Bit). Nach dem Booten aktivieren Sie via Raspi-config die I2C-Schnittstelle (3 Interface Options | P5 I2C). Um den RasPi zu aktualisieren und alle nötigen Programme zu installieren, führen Sie die Kommandos aus Listing 1 aus. Anschließend prüfen Sie den Aufbau durch einen Aufruf von I2cdetect. Der MPR121 sollte sich am I2C-Bus unter der Adresse 0x5a melden (Listing 2).
Listing 1
Installation der Tools
$ sudo apt update $ sudo apt full-upgrade $ sudo apt install python3-pip i2c-tools $ sudo pip3 install adafruit-circuitpython-mpr121
Listing 2
Kommandos zur Installation der Tools
$ i2cdetect -y 1
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Funktioniert alles wie gewünscht, steuern Sie mit einem kleinen Python-Testprogramm (Listing 3) die LEDs mit dem selbst gedruckten Touch-Panel an. Das Programm verwendet eine passende Library, um den MPR121 anzusprechen. Mehr Informationen zur MPR121-Bibliothek erhalten Sie auf der Webseite des Herstellers [4].
