Tutorial: Voronoi LED-Teelichthalter selbst designen

Vor kurzem habe ich einen schönen Teelichthalter mir Voronoi Struktur selbst designed und gedruckt. Wenn Du magst, dann kannst Du die STL-Datei bei Thingiverse.com herunterladen und drucken: www.thingiverse.com/thing:5330845.

Damit Du aber auch einen eigenen Teelichthalter nach Deinen Vorstellungen kreieren kannst, möchte ich Dir hier den grundlegenden Designprozess an einem einfachen Beispiel vorstellen.

Sicherheitshinweis: Da dieser Teelichthalter aus Kunststoff gedruckt wird, ist er nicht feuerfest und darf nur mit LED-Teelichtern genutzt werden.

Vorbedingungen

Um dieser Anleitung folgen zu können brauchst Du folgende Tools:

1. Tinkercad (www.tinkercad.com)
2. Meshmixer (www.meshmixer.com/download.html)

Beide Tools sind kostenlos nutzbar für den privaten Gebrauch.

Ich werde in diesem Tutorial keine Einführung in die beiden Tools geben können, da ich dann zu weit ausholen müsste. Du solltest die beiden Tools entweder bereits genutzt haben oder die grundlegende Bedienung kennenlernen. Hier findest Du weitere Infos um Dich in die beiden Tools einzuarbeiten:

• 3D Modelle selbst erstellen (Tinkercad)
• all3dp.com/2/meshmixer-tutorial-easy-steps-beginners (Meshmixer)

Form und Größe

Vor dem Design des Teelichthalters musst Du Dich zuerst für eine Form entscheiden. Versuche mit Zylindern oder Quadern haben bei mir nicht funktioniert, da die geraden Oberflächen offenbar nicht geeignet sind um eine sinnvolle Voronoi Struktur zu erzeugen. Aber Kugeln oder andere Formen mir Rundungen und ähnlichem eignen sich sehr gut. Auch einfache Figuren, wie z.B. ein Torso oder ähnliches ergeben ein schönes Ergebnis. Ich habe mich in diesem Tutorial für ein „Gedrehtes Polygon“ als Form entschieden.

Auch über die Größe musst Du vorher nachdenken. Ein LED-Teelicht hat in etwa einen Durchmesser von 38 mm und eine Höhe von 36mm. Entsprechend groß muss der Halter werden, also z.B. 100x100x100 mm. Damit ich mir die Größenverhältnisse von LED-Teelicht und Halter beim Design besser vorstellen konnte, habe ich zuerst ein LED-Teelicht in Tinkercad entworfen und dieses dann in meinen Entwurf importiert. Du kannst die STL-Datei des Teelichts hier herunterladen:

Und so sieht die fertige Form dann aus. Ich habe sie extra transparent gemacht, damit man im Innern das Teelicht erkennen kann und die Größenverhältnisse besser abschätzen kann.

Voronoi Struktur erzeugen

Um nun die Voronoi Struktur zu erzeugen, musst Du den Halter aus Tinkercad im STL-Format exportieren und in Meshmixer wieder importieren. Achtung! Die Tinkercad Zeichnung abspeichern, da Du sie später nochmal brauchen wirst.

Dann wählst Du im Menü auf der linken Seite Edit und dann Make Pattern. Als Pattern Type wählst Du Dual aus. Den Rest kannst Du so lassen. Accept drücken und fertig ist die Voronoi Struktur.

Das fertige Modell musst Du nun wieder exportieren, da wir die restlichen Arbeiten in Tinkercad erledigen werden. Dazu wählst Du im oberen Menü File und dann Export und exportierst dann das Modell im STL Binary Format (unten auswählen!)

Optimierung

Reduzieren der allgemeinen Auflösung des Models

Manchmal ist die importierte STL-Datei zu hoch aufgelöst. Das führt dazu, dass die Voronoi Struktur viel zu dicht ist. In diesem Fall muss man die die Auflösung ein wenig reduzieren. Auch sorgt die Reduktion der Auflösung manchmal für eine interessantere und organischere Voronoi Struktur, wie Du in diesem Beispiel sehen wirst. Auch wenn die Dateigröße nach dem Exportieren des Modells zu hoch ist, kann eine Reduktion des fertigen Modells vor dem Export Abhilfe schaffen. Nachfolgend die Schritte zur Reduzierung der Auflösung.

Du wählst im Menü auf der linken Seite Select aus. Dann machst Du einen Doppelklick mit der linken Maustaste auf Dein Modell um es zu selektieren. Wenn Du es selektiert hast, dann ändert es zur Bestätigung seine Farbe.

Es erscheint ein neues Menü auf der linken Seite und dort wählst Du Edit und anschließend Reduce aus.

Nun erscheint wieder ein neues Menü. Dort kannst Du über den Percentage Regler die Höhe der Reduktion bestimmen. Drücke zum Schluss Accept um Deine Eingaben zu übernehmen.

In meinem Fall habe ich die vor eingestellten 50% übernommen. Bei der anschließenden Voronoi Pattern Erzeugung war die Struktur ein wenig grober und sah außerdem viel organischer aus, also ohne Reduktion. Das kann man schön im nachfolgenden Bild sehen.

Man muss hier einfach ein bisschen herumprobieren um den richtigen Prozentwert zu finden und das bestmögliche Ergebnis zu erhalten.

Punktuelle Reduzierung für eine organischere Struktur

Wenn man die Struktur noch organischer gestalten möchte, dann bietet es sich an, die Auflösung vor der Pattern Erzeugung punktuell zu reduzieren. Dies geschieht mit dem Sculpt Werkzeug. Dazu wählst Du im Menü auf der linken Seite Sculpt dann Brushes und anschließend Reduce wie im nachfolgenden Screenshot gezeigt.

Nun kannst Du mit dem Kreis auf der Oberfläche herum malen und punktuell die Auflösung reduzieren. Dabei solltest Du ein bisschen Variation hineinbringen, indem Du mit den Einstellungen Strength und Size (blau markiert) herumspielst und unterschiedliche Stellen mit unterschiedlichen Einstellungen reduzierst. Durch die unterschiedliche Reduktion der Auflösung auf der Oberfläche wird die Struktur bei der anschließenden Voronoi Pattern Erzeugung noch organischer und interessanter aussehen.

Diese Methode funktionierte bei meinem gedrehten Polygon aber überhaupt nicht gut. Bei einer Kugel funktioniert das aber zum Beispiel wunderbar. Man muss einfach ein bisschen experimentieren und schauen auf welche Weise man das schönste Ergebnis erreicht.

Restarbeiten in Tinkercad

Import in Tinkercad

Die nun folgenden Arbeiten erfolgen wieder in Tinkercad. Dazu musst Du zuerst die STL-Datei, die Du aus Meshmixer exportiert hast, wieder in Tinkercad importieren – und zwar in die ursprüngliche Zeichnung mit dem „gedrehten Polygon“. Manchmal gibt es beim Import der STL Datei die Fehlermeldung, dass die Datei zu groß ist. Wenn das geschieht, musst Du bei deinem fertigen Modell in Meshmixer, vor dem Export in eine STL-Datei, zuerst nochmal die Auflösung reduzieren. Das funktioniert ganz genau wie im Abschnitt Optimierung – Reduzieren der allgemeinen Auflösung des Models beschrieben – einzig mit dem Unterschied, dass Dein Modell bereits die fertige Voronoi Struktur besitzt. Nach dem Reduzieren der Auflösung kannst Du das Modell dann erneut als STL-Datei aus Meshmixer exportieren. Die resultierende Datei sollte nun klein genug für einen Import in Tinkercad sein. Ansonsten muss eine noch höhere Reduktion gewählt werden.

Wundere Dich nicht wenn der Import einige Minuten dauert. Tinkercad braucht ein wenig zur Verarbeitung der komplexen Strukturen.

Nach dem Import schiebst Du das Modell mit der Voronoi Struktur schön deckend über das „gedrehtes Polygon“ Objekt.

Boden einfügen

Nun wird erst einmal ein richtiger Boden benötigt, der beim Druck auch ordentlich haftet. Diesen erzeugst Du, in dem Du das transparente „gedrehte Polygon“ duplizierst und dann durch Schneiden des oberen, nicht benötigten Teils, auf eine passende Höhe bringst. Passend heißt hier: die vertikale Voronoi Struktur muss überall Anschluss an den Boden finden, damit es später keine Probleme beim Drucken gibt. Die Höhe des Bodens habe ich mit 2,5 mm bemessen, damit die Voronoi Struktur am Boden vollständig überdeckt wird. Damit es bei der Arbeit nicht stört, blendest Du am besten das blaue transparente Objekt aus, dass Du eben dupliziert hast.

Und so sieht das ganze aus. Das duplizierte „gedrehte Polygon“ in transparent, rot. Das graue Objekt ist ein Würfel (Bohrung) in einer Höhe von 2,5 mm über dem Ursprung des Koordinatensystems zum Abschneiden des oberen Teils des Polygons. Das transparente blaue „gedrehte Polygon“ ist ausgeblendet, da es jetzt nur stören würde.

Nun können der Würfel (Bohrung) und das rote Polygon gruppiert werden. Übrig bleibt der fertige Boden.

Oberseite bearbeiten

Jetzt muss der obere Teil der Voronoi Strukur abgeschnitten werden, da die horizontalen Strukturen ganz oben stören. Dazu wird wieder ein Quader (Bohrung) eingefügt und in eine Höhe gebracht, die gerade ausreicht um die waagerechten Strukturen vollständig abzuschneiden. Bei mir waren das genau 98 mm.

Nun werden Voronoi Struktur und Quader (Bohrung) gruppiert. Auch hier ist wieder Geduld angesagt. Tinkercad braucht seine Zeit. Übrig bleibt zum Schluss der geöffnete Teelichthalter.

Die Oberseite ist aber nun noch nicht ganz fertig. Mir gefiel der scharfe Abschluss nicht, daher habe ich noch einen schönen Rand entworfen. Dazu habe ich das anfangs ausgeblendete blaue Polygon wieder eingeblendet und erneut dupliziert. Das duplizierte Objekt habe ich dann in eine Bohrung umgewandelt und anschließend in der Breite so reduziert, dass es nicht breiter als das innere der Voronoi Struktur ist. Bei mir waren das 98×98 mm. Hierzu ein Screenshot. Die Voronoi Struktur habe ich zur besseren Sichtbarkeit ausgeblendet. Das blaue Polygon habe ich ein wenig vergrößert auf 102x102mm. Man muss da ein bisschen mit der Breite experimentieren, sodass der Rand später gut auf die Voronoi Struktur passt. Sollte er nicht gut passen, so gibt es später Probleme mit den Überhängen beim Druck.

Polygon und Bohrung werden nun gruppiert. Anschließend muss das gruppierte blaue Objekt wieder durch ein Quader (Bohrung) unten beschnitten werden, sodass nur noch der benötigte obere Teil für den Rand übrig bleibt. Ich habe das Quader (Bohrung) genau 97,9 mm hoch angesetzt (also 0,1mm weniger abgeschnitten), damit der verbleibende Rand später eine starke Verbindung mit der Voronoi Struktur eingeht.

Jetzt wird das blaue Polygon mit der Bohrung und das Quader (Bohrung) gruppiert. Übrig bleibt der fertige Rand.

Zuletzt werden Boden, Voronoi Struktur und oberer Rand gruppiert und fertig ist der Voronoi LED Teelichthalter, der nun zum Abschluss als STL-Datei exportiert werden kann.

Druck

Der Druck ist relativ simpel. Gedruckt wird in PLA, da es sich am einfachsten drucken lässt. ABS ist unnötig und nur mir Gehäuse zu drucken. PETG macht eher Probleme mit Stringing.

Man sollte die Druckgeschwindigkeit nicht allzu hoch wählen, damit es genug Zeit zum Abkühlen gibt. Es sollte eine gute Teilekühlung vorhanden sein. Die Hotend Temperatur sollte nicht zu hoch und auch nicht zu niedrig sein – bei mir ca. 210 Grad Celsius. Bei einer zu niedrigen Temperatur binden die Schichten nicht gut und die Strukturen sind sehr brüchig. Bei einer zu hohen Temperatur haben die Strukturen zu wenig Zeit zum Kühlen.

Perimeters sollten mindestens 2 sein. Beim Infill habe ich 25% ausgewählt.

Damit das Teil auf dem Druckbett gut haftet ist ein Brim erforderlich. Support ist nicht erforderlich.

Nachbearbeitung

Leichtes Stringing kann vorsichtig mit einem Feuerzeug weg gebrannt werden. Zum Schluss bin ich noch einmal mit einer alten Zahnbürste über die Oberfläche gegangen um Rückstände zu entfernen. Sollten irgendwo noch dickere Fäden oder scharfe Ecken vorhanden sein, dann hilft ein kleines Cuttermesser.

Fertiger LED-Teelichthalter

Das Ergebnis ist sehr schön geworden. Mein Frau hat sich gefreut.

Wenn ich aber noch etwas verbessern sollte, dann wäre es die Dicke der Voronoi Struktur. Hier habe ich vorhin die vor eingestellten 2 mm belassen. Aber nach dem Druck hat sich herausgestellt, dass die Strukturen doch ein wenig dünn sind. In Zukunft werde ich hier 3mm wählen. Natürlich wirkt sich diese Änderung auch auf die anderen Arbeitsschritte in Tinkercad aus (Maße von Boden und Rand, sowie Schnitten).

Die Dicke der Voronoi Struktur lässt sich durch folgende Einstellung ändern:

Weitere Informationen

Meine Quellen zur Erzeugung der Voronoi Strukturen waren übrigens diese beiden Youtube Videos

Ich hoffe der Beitrag hat Dir gefallen. Wenn Du Fragen hast, dann schreib mir einfach einen Kommentar.